新工具改进了制造机器人夹具

华盛顿大学的一个团队开发了一种新工具，可以设计可 3D 打印的被动夹具并计算拾取物体的最佳路径。 新的发展可以帮助改进装配线机器人。 

该系统在 22 个不同的物体上进行了测试，包括门挡形状的楔子、网球和钻头，事实证明该系统对其中 20 个物体是成功的。 成功拾取的两个物体是楔子和带有弯曲锁孔的金字塔形状，这对于多种类型的夹具来说通常是困难的。 

研究 定于 11 月 2022 日在 SIGGRAPH XNUMX 上展示。 

阿德里安娜·舒尔茨 (Adriana Schulz) 是资深作家，也是威斯康星大学保罗·G·艾伦计算机科学与工程学院的助理教授。 

为生产线创建定制工具

“我们仍然通过装配线生产大部分产品，这确实很棒，但也非常严格。 这次大流行告诉我们，我们需要一种方法来轻松地重新调整这些生产线的用途，”舒尔茨说。 “我们的想法是为这些生产线创建定制工具。 这为我们提供了一个非常简单的机器人，它可以使用特定的夹具完成一项任务。 然后当我改变任务时，我只需更换夹具即可。”

传统上，物体被设计成与特定的夹具相匹配，因为被动夹具无法调整以适应它们正在拾取的物体。

杰弗里·利普顿 (Jeffrey Lipton) 是该研究的合著者，也是华盛顿大学机械工程系助理教授。 

“世界上最成功的被动夹具是叉车上的夹钳。 但代价是叉车钳只能适用于特定形状，例如托盘，这意味着您想要抓取的任何东西都需要放在托盘上。”Lipton 说道。 “在这里我们说‘好吧，我们不想预先定义被动夹具的几何形状。’” 相反，我们想要采用任何物体的几何形状并设计一个夹具。”

夹具有许多不同的可能性，其形状通常与机器人手臂拾取物体的路径相关。 如果夹具设计不正确，则在尝试拾取物体时可能会遇到撞到物体的风险，该团队着手解决这个问题。 

Milin Kodnongbua 是主要作者，在进行这项研究时，他是艾伦学院的一名威斯康星大学本科生。 

“夹具与物体接触的点对于保持物体在抓取过程中的稳定性至关重要。 我们将这组点称为“抓取配置”，”Kodnongbual 说道。 “此外，夹具必须在这些给定点接触物体，并且夹具必须是将接触点连接到机器人手臂的单个固体物体。 我们可以寻找满足这些要求的插入轨迹。”

设计新的夹具和轨迹

为了设计新的夹具和轨迹，团队首先向计算机提供物体的 3D 模型及其空间方向。 

“首先，我们的算法生成可能的抓取配置，并根据稳定性和其他一些指标对它们进行排名，”Kodnongbua 说。 “然后它会采取最佳选择并共同优化，以确定插入轨迹是否可行。 如果找不到，那么它会转到列表中的下一个掌握配置，并尝试再次进行协同优化。”

一旦找到合适的匹配，计算机就会输出两组指令。 第一个是用 3D 打印机创建夹具，第二个是机器人手臂在打印和附着夹具后的轨迹。 

该团队在各种物体上测试了新方法。

伊恩·古德 (Ian Good) 是另一位合著者，也是华盛顿大学机械工程系的博士生。 

“我们还设计了对传统抓取机器人来说具有挑战性的物体，例如角度非常浅的物体或具有内部抓取的物体——你必须插入钥匙才能拾取它们，”古德说。 

该团队对 10 个 22 种形状的拾音器进行了测试。 对于 16 种形状，所有 10 种拾音器均成功。 大多数形状至少有一种成功，另两种则没有。

即使没有任何人为干预，该算法也会针对形状相似的物体开发出相同的抓取策略。 这使得研究人员相信他们能够创造出被动夹具来拾取一类物体而不是特定的物体。