MIT开发可实现精准操控线缆的机器人手

对于人类而言，操作纤细的柔性物体，比如绳索、电线、数据线等，还挺具有挑战性的。如果这些问题对于人类来说都很困难的话，对于机器人来说，就是不可能完成的任务。当线缆在手指间滑动时，形状不停改变，机器人的手指必须不断地感知和调整电缆的位置和运动。

 

　　标准方法是使用机器手通过一系列缓慢的增量变形完成这项工作。最近，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的一组研究人员从另一个角度来研究这项课题，其给出的方式更接近于模仿我们人类。该团队的新系统使用了一对带有高分辨率触觉传感器（没有附加机械约束）的软机械手来成功操纵自由移动的线缆。

 

 

 

　　可以想象，在工业和家庭应用中使用这样的系统，有朝一日，机器人能够帮助我们打结、整理电线，甚至是外科缝合。

 

　　研究小组的第一步是制造一种不同往日的双指机器手。机器手的手指相向而对，可以轻巧快速移动，能够灵活、实时调整夹具的力量和位置。指尖上是基于视觉的“GelSight”传感器，由内嵌摄像头的软橡胶制成。机器手安装在机器人手臂上，可以作为控制系统的一部分移动。

 

　　研究小组的第二步是建立一个感知控制框架，以此来操控线缆。在感知方面，他们使用GelSight传感器来估算手指之间线缆的位置，并测量线缆滑动时的摩擦力。两个控制器运行——一个调节握力，另一个调节机器手姿态，使线缆保持在夹具内。

 

　　GelSight是由CSAIL的Ted Adelson研究小组开发的新型传感器技术，该技术利用与物体的物理接触来提供其表面非常详细的三维地图。主要部分是一块一面贴有金属涂层的透明橡胶。当这个金属面被按压到物体上时，该物体的形状就会被橡胶层记录下来。接下来，由于金属涂层具有很好的光折射率，物体的表面信息就通过光线折射被系统收集，并通过计算机算法还原该物品的三维图像。

 

　　当机器手安装在手臂上时，可以从随机抓取位置开始可靠地跟随USB线缆。然后，结合第二个夹具，机器人可以“手把手”移动电缆（就像人类一样），以便找到线缆的末端。它还可以适应不同材料和厚度的电缆。

 

　　为了进一步展示它的能力，这个机器人做了一个人类通常在把耳机插入手机时所做的动作。从一根自由浮动的耳机线开始，机器人能够在手指之间滑动线缆，当感觉到插头碰到手指时停止，调整插头的姿势，将插头插入插孔。

 

　　麻省理工学院博士后、关于该系统论文的主要作者Yu She说“操控软性物体在我们的日常生活中非常普遍，比如整理线缆、折叠布料和打结。“在许多情况下，我们希望机器人能帮助人类完成这类工作，特别是当任务重复、枯燥或安全系数不高时。”

 

　　2.

 

　　线缆跟随具有挑战性，原因有二。，它需要控制“抓取力”（以实现平滑滑动）和“抓握姿势”（防止电缆从夹钳的手指上掉落）。

 

　　在连续操作过程中，这些信息很难从传统的视觉系统中捕捉到，因为它通常被遮挡，转译成本高昂，有时甚至不准确。

 

　　更重要的是，仅仅用视觉传感器无法直接观察到这些信息，研究小组使用了触觉传感器。机器手的关节也是灵活的——保护他们免受潜在的冲击。

 

　　该算法还可以推广到具有不同物理特性（如材料、刚度和直径）以及不同速度的线缆。

 

　　当比较不同的应用在家具上的控制器时，他们的控制策略可以使线缆比其他三个在手上保持更长的距离。例如，“开环”控制器仅能跟踪总长度的36%，当夹具弯曲时很容易丢失电缆，并且需要多次重新摸索才能完成任务。

 

　　3.

 

　　研究小组发现，由于GelSight传感器的表面凸起，当线缆到达边缘时很难将其拉回。，他们希望通过改进传感器的形状来提高整体性能。

 

　　未来，他们计划研究更复杂的线缆操作任务，如电缆布线和穿过障碍物的线缆插入，他们希望最终在汽车行业探索自主线缆操作任务。