BionicMobileAssistant: sistema robot mobile con mano pneumatica prensile

BionicMobileAssistant

Sistema robot mobile con mano pneumatica prensile

Il BionicMobileAssistant si muove autonomamente nello spazio e può riconoscere gli oggetti, afferrarli in modo adattivo ed elaborarli insieme all’uomo. Una rete neurale istruita con l’aiuto del Data Augmentation è responsabile dell’elaborazione delle informazioni rilevate.

In futuro, operai e robot lavoreranno sempre più a stretto contatto. Ecco perché in Festo ci occupiamo di sistemi che potrebbero togliere alle persone attività monotone o pericolose, e che allo stesso tempo non comportano rischi. L’intelligenza artificiale gioca un ruolo centrale qui.

Sistema di assistenza modulare

In collaborazione con l’ETH di Zurigo, è stato creato BionicMobileAssistant, che consiste di tre sottosistemi: un robot mobile, un braccio robot elettrico e il BionicSoftHand 2.0. La pinza pneumatica si ispira alla mano umana e a un ulteriore sviluppo del BionicSoftHand del 2019.

DynaArm: braccio dinamico ad alta densità di potenza

Il DynaArm, un braccio robot elettrico, può eseguire movimenti veloci e dinamici grazie alla sua struttura leggera con attuatori altamente integrati, del peso di solo un kilogrammo. Nei DynaDrive, motore, cambio, elettronica di controllo del motore e sensori sono installati in uno spazio molto ridotto. Inoltre, il braccio ha un’elevata densità di potenza, che con un kW a 60 Nm di coppia motrice va ben oltre quella dei comuni robot industriali.

Grazie al controllo della forza basato sul modello e agli algoritmi di controllo, il braccio può reagire bene alle influenze esterne e quindi interagire in modo molto sensibile con il suo ambiente. È controllato da un Ballbot tramite un bus di comunicazione EtherCAT. Grazie alla sua struttura modulare, il DynaArm può essere messo in funzione in modo rapido e semplice.

Ballbot: applicazione robot con azionamento speciale

Il Ballbot si basa su un concetto di guida sofisticato: si mantiene in equilibrio su una sfera guidata da tre ruote onnidirezionali. Ciò significa che il BionicMobileAssistant può manovrarsi in qualsiasi direzione. Il robot tocca il suolo solo in un punto e può quindi navigare attraverso passaggi stretti. Per mantenersi in equilibrio, deve muoversi continuamente. Pianificazione e coordinamento dei movimenti vengono effettuati con algoritmi di pianificazione e controllo memorizzati su un potente computer nel corpo del Ballbot.

La stabilità del robot è realizzata in modo puramente dinamico: in caso di influenze esterne, il Ballbot imposta la rotazione della sfera e mantiene il suo equilibrio. Con un’unità di misurazione inerziale ed encoder di posizione sulle ruote, rileva i suoi movimenti e la relativa inclinazione del sistema. Sulla base di questi dati, un programma di ottimizzazione calcola come robot e braccio devono muoversi per portare la mano nella posizione target e stabilizzare il robot.

Sistema di assistenza sicuro: Ballbot, DynaArm e BionicSoftHand 2.0

Sistema di assistenza sicuro: Ballbot, DynaArm e BionicSoftHand 2.0

Le dita della mano robot pneumatica sono formate da strutture a soffietto con camere d’aria, racchiuse in un tessuto a maglia solido e al contempo flessibile. Ciò rende la mano bionica flessibile, adattabile, sensibile e capace di esercitare una forza elevata. Come nel BionicSoftHand del 2019, anche le dita pneumatiche sono controllate tramite un’unità compatta con piezo-valvole fissate direttamente alla mano.

Pinza sensibile e precisa

La mano indossa un guanto con sensori di forza tattili sulla punta delle dita, sul palmo e all’esterno della mano robot. Questo permette di percepire la natura degli oggetti afferrati e adattare di conseguenza la forza di presa, esattamente come le persone. Inoltre una telecamera di profondità si trova nel polso per rilevare visivamente gli oggetti.

BionicSoftHand 2.0

Rilevamento oggetti con rete neurale

Con l’aiuto delle immagini della telecamera, la mano robot può rilevare e afferrare vari oggetti, anche se sono parzialmente coperti. Dopo una fase di training, la mano può anche utilizzare i dati rilevati per valutare gli oggetti e, ad esempio, distinguere quando afferrare e quando no. Le informazioni vengono elaborate dalla rete neurale, istruita precedentemente con la Data Augmentation.

Set di dati completi con Data Augmentation

Per ottenere i migliori risultati possibili, la rete neurale ha bisogno di molte informazioni con le quali poter orientarsi. Quindi, più immagini ha a disposizione e più affidabile diventa. Poiché questo di solito richiede tempo, si consiglia un incremento automatico del database.

Questo processo è noto come Data Augmentation Apportando modifiche marginali ad alcune immagini di partenza, ad esempio con sfondi, condizioni di luce o angoli di visione diversi, e duplicandole, il sistema riceve un ampio set di dati con cui può lavorare in modo indipendente.

Utilizzo mobile in luoghi mutevoli

L’alimentazione elettrica del sistema è montata a bordo: la batteria per braccio e robot è nel corpo. La cartuccia di aria compressa per la mano pneumatica è nel braccio. Il robot, quindi, non solo è mobile, ma può anche muoversi in modo indipendente.

Gli algoritmi all’interno del computer centrale controllano anche i movimenti autonomi del sistema. Essi pianificano come il braccio e la palla devono muoversi per raggiungere determinati punti target mantenendosi in equilibrio. Il robot si orienta in autonomia nello spazio utilizzando due telecamere: una telecamera cerca punti fissi predefiniti nell’area per posizionarsi in modo assoluto, mentre una seconda telecamera utilizza la struttura del soffitto per stimare il movimento.

La mobilità e l’approvvigionamento energetico autosufficiente consentono al BionicMobileAssistant di essere utilizzato in modo flessibile in diversi luoghi, nello spirito di una produzione in costante cambiamento.

Diverse possibilità di applicazione

Il sistema è ideale per essere utilizzato come assistente umano diretto, ad esempio come robot di servizio, come aiuto nell’assemblaggio o per assistere i lavoratori in compiti ergonomicamente impegnativi o monotoni. Potrebbe anche essere utilizzato in ambienti in cui le persone non possono lavorare a causa di pericoli o di accessibilità limitata.

Mano nella mano con l’uomo

Grazie al concetto modulare, il BionicSoftHand 2.0 può essere montato e messo in funzione rapidamente anche su altri bracci. In combinazione con il BionicCobot o il BionicSoftArm , la pinza forma, ad esempio, un sistema robot completamente pneumatico in grado di lavorare a stretto contatto con le persone grazie alla sua intrinseca flessibilità.