O BionicMobileAssistant se movimenta autonomamente em três dimensões e consegue detectar objetos independentemente, adaptar a garra e trabalhar em conjunto com o ser humano. O processamento das informações recolhidas é realizado por uma rede neural previamente treinada com a ajuda do Data Augmentation.
No futuro, os operadores e os robôs trabalharão cada vez mais em conjunto. Por isso, na Festo trabalhamos intensamente com sistemas que poderiam auxiliar o ser humano como, por exemplo, em atividades monótonas ou perigosas e que, ao mesmo tempo, não representam qualquer risco. A inteligência artificial desempenha aqui um papel central.
Em cooperação com o ETH Zürich (Instituto Federal de Tecnologia de Zurique), foi criado o BionicMobileAssistant, que é composto por três subsistemas: um robô móvel, um braço robótico elétrico e a BionicSoftHand 2.0. A garra pneumática é inspirada na mão humana e é um desenvolvimento adicional da BionicSoftHand do ano 2019.
Com o DynaArm, um braço robótico elétrico, são possíveis movimentos rápidos e dinâmicos. Estes movimentos são garantidos pelo seu método de construção leve, com conjuntos de acionamento altamente integrados, com apenas um quilo. Nesses denominados DynaDrives, estão instalados num espaço muito reduzido o motor, a engrenagem, o sistema eletrônico de controle do motor e os sensores. Além disso, o braço possui uma alta potência, que vai muito além do habitual dos robôs industriais.
Graças a uma regulagem de força baseada em modelos e a algoritmos de regulagem para compensação de efeitos dinâmicos, o braço consegue reagir bem a influências externas e, dessa forma, interagir com muita sensibilidade com o seu ambiente. O braço é controlado por um Ballbot (robô de balanceamento de bola) por meio de um barramento de comunicação EtherCAT. Graças à sua estrutura modular, o DynaArm pode ser comissionado rapidamente e a sua manutenção é fácil.
O Ballbot é baseado num conceito de acionamento sofisticado: ele se equilibra em uma esfera que é acionada por três rodas omni. Desse modo, o BionicMobileAssistant consegue realizar manobras em qualquer direção. O robô só toca no chão em um ponto e consegue, assim, também se locomover em passagens estreitas. Para manter o equilíbrio, precisa estar em movimento continuamente. O planejamento e coordenação dos movimentos ocorrem por algoritmos de planeamento e regulagem, que são armazenados num potente computador no corpo do Ballbot.
A estabilidade do robô é realizada de forma puramente dinâmica: com influências externas, o Ballbot pode rotacionar rapidamente a esfera e, assim, manter o equilíbrio. Com a ajuda de uma unidade de medição inercial e de codificadores de posição nas rodas, este registra os seus movimentos e a inclinação relativa do sistema. Um programa de otimização utiliza esses dados para calcular como o robô e o braço devem se mover, para colocar a mão na posição de destino e, simultaneamente, para estabilizar o robô.
Os dedos da mão robótica pneumática são compostos por estruturas de foles flexíveis com câmaras de ar, revestidos com uma malha têxtil firme e, simultaneamente, flexível. Isto torna a mão leve, adaptável e sensível, mas sendo capaz de exercer forças elevadas. Assim como na BionicSoftHand do ano 2019, os dedos pneumáticos também são controlados por um terminal de válvulas compacto com válvulas piezo, que é conectado diretamente à mão.
A mão utiliza uma luva com sensores de força táteis nas pontas dos dedos, na palma da mão e na parte externa da mão robótica. Dessa forma, a mão consegue sentir a rigidez do material a ser pego e sua aderência à ela. Com isso, pode se adaptar ao respetivo objeto da mesma forma que os humanos fazem. Além disso, existe uma câmara de profundidade no interior do pulso para detecção visual de objetos.
Com a ajuda das imagens da câmara, a mão robótica consegue reconhecer e pegar diversos objetos, mesmo estando parcialmente cobertos. Depois do treino adequado, a mão também pode utilizar os dados adquiridos para avaliar os objetos e, dessa forma, distinguir os bons dos defeituosos. As informações são processadas pela rede neural previamente treinada com a ajuda do Data Augmentation.
Para obter os melhores resultados possíveis, a rede neural necessita de muitas informações em que ela possa se orientar. Isto significa: quanto mais imagens de treino estiverem disponíveis, mais confiável se tornará. Uma vez que isto é geralmente demorado, uma propagação automática da base de dados se faz necessária.
Esse processo é designado de Data Augmentation. Devido a interferências nas imagens de origem, por exemplo, diferentes contextos, condições de iluminação ou ângulos de visão, o sistema recebe um conjunto de dados abrangente, pelo qual pode trabalhar de forma autônoma.
O sistema possui todo o seu fornecimento de energia a bordo: a bateria do braço e do robô se encontra no próprio corpo. O cartucho de ar comprimido da mão pneumática está instalado no antebraço. Isto não só torna o robô móvel, como também permite sua autonomia.
Os algoritmos armazenados no servidor também controlam os movimentos autônomos do sistema. Com o futuro em mente, planejam a forma como o braço e a esfera devem se mover para alcançar determinados pontos-alvo, mantendo o equilíbrio. Com a ajuda de duas câmaras, o robô se orienta autonomamente no espaço: uma câmara procura pontos fixos predefinidos na área circundante para se posicionar de forma ideal, enquanto uma segunda câmara utiliza a estrutura do teto para calcular o movimento.
A sua mobilidade e alimentação de energia autossuficiente permitem com que o BionicMobileAssistant seja utilizado com flexibilidade para realizar diversas tarefas em locais diferentes, permitindo uma produção flexível.
O sistema é ideal para ser usado como assistente direto do ser humano, por exemplo, como robô de serviço, auxiliar na montagem ou para dar suporte aos operadores nos trabalhos ergonomicamente difíceis ou monótonos. Também poderia ser utilizado em ambientes nos quais os seres humanos não possam trabalhar, devido a riscos de segurança ou a acesso limitado.
Graças ao conceito modular, a BionicSoftHand 2.0 também pode ser montada e comissionada rapidamente em outros braços robóticos. Em combinação com o BionicCobot ou o BionicSoftArm , a garra forma, por exemplo, um sistema de robô completamente pneumático que, graças à sua flexibilidade inerente, pode trabalhar de mãos dadas com o ser humano.