29/07/2022
Door Ad Spijkers
Een team van de University of Washington heeft een nieuwe tool ontwikkeld die een 3D-printbare passieve grijper kan ontwerpen en de beste weg kan berekenen om een object op te pakken.
Een team van de University of Washington in Seattle heeft een nieuwe tool ontwikkeld die een 3D-printbare passieve grijper kan ontwerpen en de beste weg kan berekenen om een object op te pakken. Het team heeft dit systeem getest op een reeks van 22 objecten, waarvan u er een aantal op de foto ziet. De ontworpen grijpers en paden waren succesvol voor twintig objecten. De twee resterende objecten zijn uitdagend voor meerdere soorten grijpers om op te pakken.
Assemblagelijnen
De meeste producten die we dagelijks gebruiken, worden vervaardigd op assemblagelijnen. Die zijn efficiënt maar ook star. Fabrikanten moeten een manier hebben om deze productielijnen gemakkelijk aan te passen en te hergebruiken. Het idee van de onderzoekers is om aangepaste tooling te maken voor deze productielijnen. Een eenvoudige robot kan dan één taak uitvoeren met een specifieke grijper. Als de taak verandert, vervangt de fabrikant de grijper.
Passieve grijpers kunnen niet worden aangepast aan het object dat ze oppakken. De meest succesvolle passieve grijper is de vork op een heftruck. Maar vorkheftrucks werken alleen goed met specifieke vormen, zoals pallets. Alles moet dus op een pallet staan. De onderzoekers wilden de geometrie van de passieve grijper niet vooraf definiëren. In plaats daarvan wilden ze de geometrie van elk object nemen en een grijper ontwerpen.
Voor elk object zijn er veel mogelijkheden voor hoe de grijper eruit zou kunnen zien. Daarnaast is de vorm van de grijper gekoppeld aan de weg die de robotarm aflegt om het object op te pakken. Als hij verkeerd is ontworpen, kan een grijper op het object botsen op weg naar het oppakken.
Uitdagingen
Om deze uitdaging aan te gaan, namen de onderzoekers een paar uitgangspunten. De punten waar de grijper contact maakt met het object zijn essentieel om de stabiliteit van het object in de greep te houden. Ze noemen deze reeks punten de 'grijpconfiguratie'. Bovendien moet de grijper op die punten contact maken met het object. Ook moet de grijper een enkel solide object zijn dat de contactpunten met de robotarm verbindt.
Bij het ontwerpen van een nieuwe grijper en traject begint het team door de computer een 3D-model te geven van het object en zijn oriëntatie in de ruimt. Dit geeft bijvoorbeeld weer hoe het object op een lopende band zou worden gepresenteerd.
Eerst genereert het algoritme mogelijke grijpconfiguraties en rangschikt ze op basis van stabiliteit en enkele andere statistieken. Vervolgens neemt het de beste optie en optimaliseert dat om te vinden of een invoegtraject mogelijk is. Als het er geen kan vinden, gaat het naar de volgende grijpconfiguratie op de lijst en probeert het de optimalisatie opnieuw uit te voeren.
Zodra de computer een goede match heeft gevonden, voert hij twee sets instructies uit. De een is voor een 3D-printer om de grijper te maken, de ander geeft het traject voor de robotarm zodra de grijper is afgedrukt en bevestigd.
22 objecten
Het team koos een verscheidenheid aan objecten om de kracht van de methode te testen. Hiervan kwamen enkele uit een dataset van objecten die de standaard zijn voor het testen van het vermogen van een robot om manipulatietaken uit te voeren. Ze hebben ook objecten ontworpen die ook een uitdaging zouden zijn voor traditionele grijprobots, zoals objecten met zeer ondiepe hoeken of objecten met interne greep.
De onderzoekers voerden testen uit met 22 vormen. Voor zestien vormen waren alle pickups succesvol. Twee vormen hadden geen enkele pickups als gevolg van problemen met de 3D-modellen van de objecten die aan de computer werden gegeven.
Het algoritme ontwikkelde dezelfde grijpstrategieën voor objecten met dezelfde vorm, zonder menselijke tussenkomst. De onderzoekers hopen dat dit betekent dat ze passieve grijpers kunnen maken die een klasse objecten kunnen oppakken, in plaats van dat ze voor elk object een unieke grijper moeten hebben.
Passieve grijpers kunnen niet worden ontworpen om alle objecten op te pakken. Het is vrij gemakkelijk om objecten met een verschillende breedte of uitstekende randen op te pakken. Maar objecten met gelijkmatig gladde oppervlakken, zoals een waterfles of een doos, zijn moeilijk vast te pakken zonder bewegende delen.
Foto: University of Washington