BionicMobileAssistant

BionicMobileAssistant

Sistema de robot móvil con mano neumática  

El BionicMobileAssistant se mueve en el espacio de manera autónoma y puede reconocer objetos por sí mismo, agarrarlos adaptándose a ellos y trabajar de forma conjunta con personas. El procesamiento de la información recabada lo asume una red neuronal, entrenada previamente con ayuda de la Data Augmentation.

 

En el futuro, los trabajadores y los robots trabajarán cada vez de forma más estrecha. Por ello, en Festo nos dedicamos intensamente a los sistemas que podrían, por ejemplo, descargar a las personas de las tareas monótonas o arriesgadas y que, a su vez, no representen ningún peligro. En este sentido, la inteligencia artificial desempeña un papel crucial.

Sistema de asistencia modular

Por ello, en colaboración con el ETH Zürich se ha creado el BionicMobileAssistant, formado por tres subsistemas: un robot móvil, un brazo robótico móvil y la BionicSoftHand 2.0. El sistema de agarre neumático está inspirado en la mano humana y supone una evolución de la BionicSoftHand de 2019.

DynaArm: brazo robótico dinámico con una alta densidad de potencia

El DynaArm, un brazo robótico eléctrico, permite movimientos rápidos y dinámicos. De ello se encarga su estructura ligera, con módulos de accionamiento muy integrados de apenas un kilo de peso. En estos llamados DynaDrives se integran el motor, el engranaje, la electrónica de control de los motores y los sensores en un espacio muy reducido. Además, el brazo dispone de una densidad de potencia elevada que, con un kW para 60 Nm de par de impulsión, va mucho más allá que los robots industriales convencionales.

Gracias a la regulación de fuerza basada en modelos y a los algoritmos de regulación para compensar efectos dinámicos, el brazo puede reaccionar bien a las influencias externas y, así, interactuar con gran sensibilidad con el entorno. Del direccionamiento se ocupa el ballbot a través de un bus de comunicación EtherCAT. Gracias a su estructura modular, el DynaArm se puede poner en funcionamiento rápidamente y el mantenimiento resulta sencillo.

Ballbot: aplicación de robot móvil con un accionamiento especial

El ballbot se basa en un concepto de accionamiento sofisticado: se equilibra sobre una esfera propulsada por tres omniwheels. Esto permite al BionicMobileAssistant maniobrar en cualquier dirección. El robot está en contacto con el suelo siempre tan solo en un punto, por lo que también puede atravesar pasillos estrechos. Para mantenerse en equilibrio, tiene que moverse en todo momento. La planificación y la coordinación de los movimientos se lleva a cabo a través de algoritmos de planificación y regulación que se almacenan en un potente ordenador en el cuerpo del ballbot.

La estabilidad del robot se produce de forma puramente mecánica: si hay influencias externas, el ballbot puede hacer girar la esfera rápidamente y mantener así el equilibrio. Con ayuda de una unidad de medida inercial y de codificadores de posición en las ruedas, detecta sus movimientos y la inclinación relativa del sistema. A partir de estos datos, un programa de optimización calcula cómo deben moverse el robot y el brazo para conducir a la mano a la posición de destino y estabilizar al mismo tiempo el robot.

Los dedos de la mano neumática del robot están formados por flexibles estructuras de fuelle con cámaras de aire, recubiertas de un tejido textil firme y elástico al mismo tiempo. Esto hace que la mano sea ligera, adaptable y sensible, pero, al mismo tiempo, capaz de presionar con mucha fuerza. También el control de los dedos neumáticos se produce, al igual que sucedía con la BionicSoftHand de 2019, a través de un terminal de válvulas compacto con piezoválvulas, directamente integrado en la mano.

Sistema de agarre sensible con tacto

La mano porta un guante con sensores de fuerza táctiles en las puntas de los dedos, la palma de la mano y las caras exteriores de la mano del robot. Esto le permite sentir la dureza del objeto de agarre, lo bien que se coloca en la mano y, exactamente como sucede con las personas, adaptar la fuerza de agarre a cada objeto. Además, en el interior de la muñeca hay una cámara con sensor de profundidad para la detección visual de los objetos.

Pinche sobre la imagen para que el gráfico con el texto se abra en otra ventana.
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Reconocimiento de objetos gracias a la red neuronal

Con ayuda de las imágenes de la cámara, la mano robótica puede reconocer y agarrar diferentes objetos, aunque estén parcialmente ocultos. En función del entrenamiento correspondiente, la mano puede evaluar además los objetos según los datos recabados y así, por ejemplo, diferenciar los buenos de los malos. El procesamiento de la información lo asume la red neuronal, entrenada previamente con ayuda de la Data Augmentation.

Grandes paquetes de datos con la Data Augmentation

Para lograr los mejores resultados posibles, la red neuronal necesita mucha información a partir de la cual poder orientarse. Esto quiere decir que cuantas más imágenes tenga para el entrenamiento, más fiable será. Como normalmente esto requiere mucho tiempo, se cuenta con una multiplicación automática de la base de datos.

Este procedimiento se conoce como Data Augmentation. Llevando a cabo cambios marginales en menos imágenes de partida —por ejemplo, con diferentes fondos, iluminaciones o perspectivas— y con su reproducción, el sistema recibe un ingente conjunto de datos con el que puede trabajar de forma autónoma.

  • BionicMobileAssistant

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

  • BionicMobileAssistant

    Detección visual de objetos: una cámara con sensor de profundidad en la muñeca

  • BionicMobileAssistant

    Aprendizaje digital: Data Augmentation para entrenar la red neuronal

  • BionicMobileAssistant

    Maniobras seguras: aunque se le empuje, el ballbot se equilibra y no se cae.

  • BionicMobileAssistant

    Tracción óptima: cada una las tres omniwheels se impulsan igualmente con DynaDrive.

  • BionicMobileAssistant

    Navegación autónoma: orientación en el espacio gracias a la segunda cámara

  • BionicMobileAssistant

    Suministro móvil de aire a presión: los cilindros de la mano neumática están integrados en la parte superior del brazo

  • BionicMobileAssistant

    Concepción modular: la BionicSoftHand 2.0 en el BionicCobot

Uso móvil en lugares cambiantes

El sistema lleva a bordo todo su suministro de energía: la batería del brazo y del robot se encuentra en el cuerpo. Los cilindros de aire comprimido de la mano neumática están integrados en la parte superior del brazo. Además de darle movilidad al robot, esto permite movimientos autónomos.

Los algoritmos incluidos en el ordenador central controlan también los movimientos autónomos del sistema. Planifican con la mirada en el futuro cómo deben moverse el brazo y la esfera para llegar a determinados 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 emplea la estructura de la cubierta para evaluar el movimiento.

La movilidad y el suministro energético independiente permiten que el BionicMobileAssistant se emplee de manera flexible para diferentes tareas en lugares cambiantes, cumpliendo totalmente con la idea de fabricación para la transformación constante.

Posibilidades de aplicación versátiles

El sistema está predestinado para emplearse como asistente directo de las personas; por ejemplo, como robot de servicio, como mano ayudante en el montaje o para asistir a los trabajadores en labores ergonómicamente cargantes o repetitivas. También sería posible emplearlo en entornos en los que no pueden trabajar las personas, por ejemplo, por la existencia de riesgo o de accesibilidad limitada.

Mano a mano con las personas

Gracias a su concepción modular, la BionicSoftHand 2.0 también puede montarse y ponerse en funcionamiento rápidamente en otros brazos robóticos. En combinación con el BionicCobot o con el BionicSoftArm, el sistema de agarre conforma, por ejemplo, un sistema robótico neumático completo que, por su flexibilidad inherente, puede colaborar mano a mano con las personas.