BionicMobileAssistant: sistema de robot móvil con mano de sujeción neumática

BionicMobileAssistant

Sistema de robot móvil con mano de sujeción neumática

El BionicMobileAssistant se mueve de forma autónoma en el espacio y puede reconocer objetos de forma independiente, sujetarlos adaptándose a ellos y trabajar con humanos. El procesamiento de la información registrada se realiza mediante una red neuronal que se ha entrenado de antemano con «data augmentation».

En el futuro, los trabajadores y los robots trabajarán juntos cada vez más estrechamente. Por ello, Festo no ha dejado de investigar de forma intensa sobre sistemas que podrían, por ejemplo, aliviar a las personas de actividades monótonas o peligrosas y, al mismo tiempo, sin suponer ningún riesgo. La inteligencia artificial desempeña en este sentido un papel central.

Sistema de asistencia modular

En cooperación con la Escuela Politécnica Federal de Zúrich se creó el BionicMobileAssistant, que está formado por tres subsistemas: un robot móvil, un brazo de robot eléctrico y la BionicSoftHand 2.0. La pinza neumática está inspirada en la mano humana y es una evolución de la BionicSoftHand de 2019.

DynaArm: brazo robótico dinámico con alta densidad de potencia

Con el DynaArm, un brazo robot eléctrico, es posible realizar movimientos rápidos y dinámicos. Esto está garantizado por su diseño ligero con módulos de accionamiento altamente integrados que pesan solo un kilogramo. En estos llamados DynaDrives, el motor, el reductor, la electrónica de control de los motores y los sensores están instalados en un espacio muy pequeño. Además, el brazo del robot tiene una alta densidad de potencia que, con 1 kW a un par de accionamiento de 60 Nm, supera con creces la de los robots industriales convencionales.

Gracias al control de la fuerza basado en modelos y a los algoritmos de control para compensar los efectos dinámicos, el brazo puede reaccionar bien a las influencias externas y así interactuar muy sensiblemente con su entorno. Está controlado por un ballbot a través de un bus de comunicación EtherCAT. Gracias a su diseño modular, el DynaArm puede ponerse en funcionamiento rápidamente y tiene un fácil mantenimiento.

Ballbot: aplicación de robot móvil con un accionamiento especial

El ballbot se basa en un ingenioso concepto de accionamiento: el robot se balancea sobre una esfera impulsada por tres omniruedas. Esto permite al BionicMobileAssistant maniobrar en cualquier dirección. El robot solo toca el suelo en un punto, por lo que puede navegar a través de pasajes estrechos. Para mantener el equilibrio, tiene que moverse continuamente. La planificación y coordinación de los movimientos se llevan a cabo utilizando algoritmos de planificación y regulación, que se almacenan en un potente ordenador en el cuerpo del ballbot.

La estabilidad del robot se realiza de forma puramente dinámica: con influencias externas, el ballbot puede poner rápidamente la esfera en rotación y, así, mantener el equilibrio. Con una unidad de medición inercial y codificadores de posición en las ruedas, registra sus movimientos y la inclinación relativa del sistema. Basándose en estos datos, un programa de optimización calcula cómo deben moverse el robot y el brazo para llevar la mano a la posición objetivo y estabilizar el robot al mismo tiempo.

Sistema de asistencia seguro: ballbot, DynaArm y BionicSoftHand 2.0 en acción

Sistema de asistencia seguro: ballbot, DynaArm y BionicSoftHand 2.0 en acción

Los dedos de la mano robótica neumática están formados por estructuras de fuelle flexibles con cámaras de aire, recubiertas de un tejido firme pero flexible. Esto hace que la mano sea ligera, adaptable y, al mismo tiempo, capaz de ejercer grandes fuerzas. Al igual que sucede con la BionicSoftHand de 2019, los dedos neumáticos también se controlan a través de un terminal de válvulas compacto con válvulas piezoeléctricas, que se conecta directamente a la mano.

Pinza sensible con tacto

La mano lleva un guante con sensores de fuerza táctiles en la punta de los dedos, la palma y el exterior de la mano de robot. Así puede sentir la dureza del elemento y cómo lo sujetaría la mano para adaptar su fuerza de agarre, al igual que hacemos los humanos, al objeto en cuestión. Además, hay una cámara con sensor de profundidad en el interior de la muñeca para detectar objetos de forma visual.

BionicSoftHand 2.0

Reconocimiento de objetos con una red neuronal

Con la ayuda de las imágenes de la cámara, la mano del robot puede reconocer y agarrar varios objetos, aunque estén parcialmente cubiertos. Después de un entrenamiento adecuado, la mano también puede evaluar los objetos sobre la base de los datos registrados y así distinguir los buenos de los malos, por ejemplo. La información la procesa una red neuronal que ha sido entrenada de antemano mediante «data augmentation».

Amplios conjuntos de datos gracias a la «data augmentation»

Para lograr los mejores resultados posibles, la red neuronal necesita mucha información con la que orientarse. Esto significa que cuantas más imágenes de entrenamiento tenga disponibles, más fiable se vuelve. Como esto suele llevar mucho tiempo, se ofrece un aumento automático de la base de datos.

Este proceso se conoce como «data augmentation». Al modificar marginalmente unas pocas imágenes fuente (por ejemplo, con diferentes fondos, condiciones de iluminación o ángulos de visión) y duplicándolas, el sistema obtiene un amplio conjunto de datos con los que puede trabajar de forma independiente.

Uso móvil en ubicaciones cambiantes

El sistema tiene toda su alimentación eléctrica a bordo: la batería para el brazo y el robot se encuentra en el cuerpo. El cartucho de aire comprimido para la mano neumática está instalado en la parte superior del brazo. Esto no solo hace que el robot sea móvil, sino que también puede moverse de forma independiente.

Los algoritmos almacenados en el ordenador maestro también controlan los movimientos autónomos del sistema. Con vistas al futuro, planean cómo el brazo y la esfera deben moverse para alcanzar ciertos puntos de destino manteniendo el equilibrio. Con la ayuda de dos cámaras, el robot se orienta de forma independiente en el espacio: una cámara busca puntos fijos predefinidos en el entorno para posicionarse de forma absoluta, mientras que una segunda cámara utiliza la estructura del techo para estimar el movimiento.

Su movilidad y su suministro de energía autónomo permiten que el BionicMobileAssistant se utilice de manera flexible para diferentes tareas en lugares cambiantes, de acuerdo con un entorno de producción en constante cambio.

Múltiples aplicaciones

El sistema sería ideal para utilizarse como asistente directo de los humanos; por ejemplo como un robot asistente, como una mano auxiliar para el ensamblaje o para apoyar a los trabajadores en trabajos ergonómicamente cargantes o monótonos. También podría usarse en entornos en los que las personas no pueden trabajar, por ejemplo, por peligros o accesibilidad limitada.

Mano a mano con las personas

Gracias a su concepto modular, la BionicSoftHand 2.0 también puede montarse y ponerse en funcionamiento rápidamente en otros brazos robóticos. Combinada con el BionicCobot o el BionicSoftArm, la pinza forma, por ejemplo, un sistema robótico completamente neumático que puede trabajar mano a mano con las personas debido a su flexibilidad inherente, un aspecto que se está volviendo cada vez más importante en la rutina industrial.