Innovatief vorm- en contactdetectiesysteem verbetert de veiligheid van continuumrobots

Japan Geavanceerd Instituut voor Wetenschap en Technologie, Ishikawa, Japan

Wanneer een mens de robot aanraakt, verandert de robot zijn beweging om botsingen te voorkomen. (Afbeelding:Van Anh Ho van JAIST)

In de natuur vertonen veel organismen, zoals octopussen met hun flexibele tentakels of olifanten met hun slurf, opmerkelijke behendigheid. Geïnspireerd door deze natuurlijke structuren willen onderzoekers zeer flexibele continuümrobots ontwikkelen die robuustheid en veiligheid bieden. Idealiter wordt een continuümrobot gekenmerkt door vele vrijheidsgraden (DOF's) en het aantal gewrichten, meer dan nodig is voor de meeste taken. Dankzij deze kenmerken kunnen ze hun vorm dynamisch aanpassen en wijzigen, waardoor ze obstakels en onverwachte situaties kunnen vermijden. Hun complexe bewegingen maken het echter moeilijk om hun vorm en beweging te karakteriseren.

Traditionele analytische technieken om oplossingen te verkrijgen voor de kinematische en dynamische problemen van continuümrobots zijn afhankelijk van complexe modellering, waardoor de rekenkosten stijgen. Als alternatief kunnen flexibele sensoren ingebouwd in continuümrobots worden gebruikt om hun vorm en beweging te volgen, maar deze methode vereist veel sensoren met een lage resolutie, wat het systeem omslachtig maakt. Een veelbelovende oplossing is het gebruik van een enkele sensormodule aan het einde van een continuümrobot. Eerdere onderzoeken in deze richting hebben zich echter vooral gericht op de houding van de robot en niet op contactdetectie.

Om deze kloof aan te pakken, heeft een team van onderzoekers uit Japan, onder leiding van universitair hoofddocent Van Anh Ho van het Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), een nieuw systeem ontwikkeld met de naam ConTac. Dit systeem kan de vorm en het contact van een robotarm met een zachte huid schatten.

Volgens Dr. Ho:“Het uiteindelijke doel van dit systeem is om te worden geïmplementeerd in een continuümrobot, maar in dit onderzoek hebben we ons gericht op perceptie met behulp van een gelede robotarm en een zachte huid voor verificatie.” Het team bestond uit promovendi Tuan Tai Nguyen en Quan Khanh Luu van JAIST, evenals Dr. Dinh Quang Nguyen van de VNU-UET universiteit in Hanoi.

Het ConTac-systeem bestaat uit een ruggengraat die het buigen van een continuümrobot nabootst, een zachte huid met markeringen, een camera om huidvervorming te observeren, modellen voor vorm- en contactdetectie van de huid en een contactbewust controleregime. Dit systeem kan worden toegepast op elke ConTac-eenheid of elke andere robot met hetzelfde mechanisme en dezelfde vorm, zonder enige kalibratie.

Een ConTac-eenheid is een geassembleerde continuüm-geëmuleerde robotarm met een ruggengraat en een zachte huid. De onderzoekers ontwikkelden ook een op toegang gebaseerde controller voor dit systeem die perceptuele informatie gebruikt om de bewegingen van de robotarm te sturen. Bovendien is de ConTac-eenheid kosteneffectief en kan deze worden vervaardigd uit conventionele materialen

Dit innovatieve systeem maakt gebruik van twee diepgaande leermodellen voor vormreconstructie en contactdetectie van de zacht-continuümhuid. Deze modellen werden volledig getraind met behulp van simulatiebeelden en vervolgens zonder verfijning direct aangepast aan echte robots, waardoor tijd en middelen werden bespaard. De overdraagbaarheid van het systeem werd getest op twee verschillende ConTac-eenheden, die vergelijkbaar presteerden zonder aanvullende aanpassingen.

Dr. Ho benadrukte het belang van deze studie en zei:"Het ConTac-systeem is bedoeld om te worden gebruikt in een verscheidenheid aan robotsystemen zonder de noodzaak van complexe aanpassingen. Flexibele robotarmen uitgerust met ons systeem zijn ideaal voor slimme landbouw- en gezondheidszorgdiensten waar robots door omgevingen met veel obstakels moeten navigeren en veilig met mensen moeten communiceren. Hun zachtheid en flexibiliteit, gecombineerd met het vermogen om de omgeving waar te nemen, maken ze perfect voor interactie met planten en patiënten."

De detectie- en controleprincipes die in dit raamwerk worden gebruikt, kunnen leiden tot nieuwe tactiele sensoren die aan elk bestaand roboticasysteem kunnen worden bevestigd, waardoor nieuwe detectie- en controleparadigma's worden geboden voor veilige mens-robotinteractie zonder het oorspronkelijke ontwerp van de robot te veranderen. "Stel je een samenleving voor waarin elke robot en machine over tastzin beschikt. Deze transformatie zou een revolutie teweegbrengen in de industrie en het dagelijks leven", aldus Dr. Ho.

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Van Anh Ho via Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; +81 761-51-1584.