Китайские исследователи научили робота-сборщика работать «по-человечески»
Метод управления движением рук манипулятора на основе динамики рук человека разработали исследователи из Пекинского технологического института (BIT), 28 октября сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу вуза.
Управление сложным хозяйством космических станций на орбите требует выполнения разнообразных сборочных и ремонтных работ, которые, чтобы снизить риски для здоровья людей, по возможности выполняются роботизированными манипуляторами. Однако точность движений таких манипуляторов критична к вибрациям, что приводит к сбоям при сборке.
Решая эту проблему, исследователи из BIT применили при разработке системы управления манипулятором метод, основанный на переменных характеристиках демпфирования человеческой руки. Проведенные экспериментальные проверки реализации метода на макете манипулятора доказали эффективное повышение безопасности, надежности и адаптируемости сборки, выполняемой таким роботом.
Свои выводы команда представила в статье «Способ сборки, похожий на человеческий, основанный на переменном контроле допуска для работы в космическом пространстве», опубликованной в журнале Cyborg and Bionic Systems.
Контроль соответствия требованиям роботизированной сборки является основным методом, позволяющим роботам выполнять сложные задачи по сборке. Но такой контроль, предъявляя высокие требования к контактным характеристикам манипулятора (он не должен выпускать из своей руки сборочную деталь), затрудняет достижение требуемого уровня точности и адаптивности.
Китайские исследователи для контроля соответствия применили различные методы, в том числе контроль демпфирования, контроль жесткости, гибридное управление силой/положением и алгоритмы нечеткого адаптивного управления.
Жесткие требования к контакту между манипулятором и собираемым объектом могут привести к повреждению объекта из-за чрезмерного контактного усилия. Для предотвращения этого необходимо демпфирование, которое произведет рассеивание энергии и ограничит вибрацию.
Скелетно-мышечная система человеческой руки для безопасного и стабильного выполнения различных задач способна гибко регулировать демпфирование. Для изучения работы этой системы и сбора динамических параметров, таких как сила контакта и скорость, исследователи создала платформу, позволяющую фиксировать механические параметры движения рук человека.
Они обобщили динамические характеристики человека, проанализировав данные о движении человеческой руки во время процесса сборки, и использовали полученные результаты для управления рукой робота. Также из-за большого разнообразия задач сборки на космических станциях были проанализированы различные сценарии процесса сборки и для разработки типичной задачи сборки в пространстве обобщены три схемы контактов сборки.
В ходе эксперимента исследователи проверили отработку различных задач по сборке с помощью экспериментальной платформы, которая позволяет измерять силы и крутящие моменты на конце роботизированной руки по трем координатам X, Y и Z. Далее они смоделировали человекоподобный регулятор переменного допуска и успешно проверили его эффективность.
Стратегии управления роботами-манипуляторами, подобные человеческим, могут улучшить их адаптивность, точность и управляемость в процессе сборки в открытом космосе и обслуживания космических станций, считают разработчики. Однако они видят необходимость дальнейших исследований для того, чтобы роботы смогли выполнять гибкие задачи сборки подобно реальным людям.
Профессор Пекинского технологического университета Чжихун Цзян отметил: «Достижения в стратегиях управления гуманоидами могут иметь важные последствия для будущего космических исследований и освоения космоса, дальнейшего повышения эффективности, безопасности и надежности полетов».
