BionicMobileAssistant는 실내에서 자율적으로 움직이고 물체를 인식하며 적응형으로 파지하여 인간과 함께 작업할 수 있습니다. 기록한 정보의 처리는 사전에 데이터 증강을 이용하여 훈련한 신경망이 수행합니다.
작업자와 로봇은 앞으로 더욱 긴밀하게 협력할 것입니다. 이에 Festo는 단순 반복적이거나 위험한 작업으로부터 작업자의 부담을 경감시키고 위험을 초래하지 않는 시스템을 집중적으로 연구하고 있습니다. 여기에서 인공 지능이 핵심 역할을 합니다.
취리히 공과대학과 협력하여 개발한 BionicMobileAssistant는 모바일 로봇, 전기 로봇 팔 및 BionicSoftHand 2.0의 세 가지 서브 시스템으로 구성되어 있습니다. 공압 그리퍼는 인간의 손에서 영감을 얻어 2019년 BionicSoftHand 을 추가 개발한 것입니다.
전기 로봇 팔인 DynaArm으로 빠르고 역동적으로 움직일 수 있습니다. 이것은 1kg에 불과한 드라이브 모듈이 고집적 경량 설계로 가능합니다. 소위 DynaDrives에서 모터, 기어 유닛, 모터 제어 전자 장치 및 센서가 극히 협소한 공간에 설치됩니다. 또한 이 로봇 팔은 60Nm의 구동 토크에서 1kW로 일반 산업용 로봇보다 출력 밀도가 훨씬 높습니다.
동력학적 효과를 보상하기 위한 모델 기반의 힘 제어 및 제어 알고리즘을 통해, 팔은 외부 영향에 신속히 반응하여 주변 환경과 매우 민감하게 상호 작용할 수 있습니다. EtherCAT 통신 버스를 통해 Ballbot에 의해 제어됩니다. DynaArm 모듈식 구조를 통해 유지관리를 쉽고 빠르게 수행할 수 있습니다.
Ballbot은 정교한 구동 컨셉을 기반으로 하며, 세 개의 옴니 휠로 구동되는 볼에서 균형을 이룹니다. 이를 통해 BionicMobileAssistant는 모든 방향으로 자유롭게 기동할 수 있습니다. 로봇은 한 지점만 지면에 닿기 때문에 좁은 통로를 탐색할 수 있습니다. 균형을 유지하기 위해서는 계속 움직여야 합니다. 움직임의 계획과 조정은 Ballbot의 몸에 있는 강력한 컴퓨터에 저장된 계획 및 제어 알고리즘을 통해 수행됩니다.
로봇의 안정성은 순전히 역동적인 방식으로 실현됩니다. 외부 영향을 받으면 Ballbot은 공을 빠르게 회전시켜 균형을 유지할 수 있습니다. 관성 측정 장치와 휠의 위치 인코더를 사용하여 움직임과 시스템의 상대적인 기울기를 기록합니다. 최적화 프로그램은 이 데이터를 기반으로 손을 목표 위치로 두며 동시에 로봇을 안정화하기 위해 로봇과 팔을 어떻게 움직여야 하는지를 계산합니다.
공압 로봇 손의 손가락은 공기 챔버가 있는 유연한 벨로우즈 구조로 구성되어 있으며, 견고하며 유연한 편직물에 싸여 있습니다. 이를 통해 손은 가볍고 적응력을 가지며 민감하면서도 강력한 힘을 발휘할 수 있습니다. 2019년에 개발된 BionicSoftHand와 마찬가지로 공압 핑거는 손에 직접 부착되는 피에조 밸브를 갖춘 소형 밸브 터미널을 통해 제어됩니다.
손은 손가락 끝, 손바닥 및 로봇 손의 바깥쪽에 촉각 힘 센서가 탑재된 장갑을 착용합니다. 이를 통해 파지 대상물의 단단한 정도와 잡은 상태를 느낄 수 있으며, 인간처럼 파지력을 각 물체에 적응할 수 있습니다. 또한 손목 안쪽에는 시각적 물체 감지를 위한 깊이 카메라가 있습니다.
로봇 손은 카메라 이미지를 통해 서로 다른 물체가 부분적으로 가려져 있어도 인식하고 잡을 수 있습니다. 해당 훈련을 거치면 손은 기록된 데이터를 이용하여 물체를 평가하여 예를 들어 좋고 나쁜 것을 구별할 수 있습니다. 사전에 데이터 증강을 통해 훈련된 신경망이 정보를 처리합니다.
신경망은 가능한 최상의 결과를 얻기 위해 스스로 방향을 잡을 수 있는 많은 정보가 필요합니다. 즉, 훈련 이미지가 많을수록 더 신뢰할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 시간이 많이 걸리기 때문에 자동으로 데이터베이스를 늘리는 것이 좋습니다.
이 프로세스를 데이터 증강이라고 합니다. 예를 들어 서로 다른 배경, 조명 조건 또는 시야 각도의 원본 이미지 몇 개를 약간 변경하고 복제하면 시스템은 스스로 작업 할 수 있는 광범위한 데이터 세트를 얻습니다.
시스템에는 전체 에너지 공급 장치가 탑재되어 있습니다. 팔과 로봇용 배터리는 몸체에 있습니다. 공압 손을 위한 압축 공기 원터치 피팅가 상완에 내장되어 있습니다. 이를 통해 이동식 로봇은 스스로 움직일 수도 있습니다.
마스터 컴퓨터에 저장된 알고리즘은 시스템의 자율적인 움직임도 제어합니다. 균형을 유지하면서 특정 목표 지점에 도달하기 위해 팔과 공을 어떻게 움직여야 하는지 앞서 계획합니다. 로봇은 2대의 카메라의 도움으로 실내에서 스스로 방향을 잡습니다. 한 대의 카메라는 자신의 위치를 완전히 파악하기 위해 환경에서 미리 지정된 고정 지점을 검색하고 두 번째 카메라는 천장 구조를 이용하여 움직임을 추정합니다.
BionicMobileAssistant는 이동성과 자급식 에너지 공급을 통해 변화하는 위치에서 다양한 작업에 유연하게 사용할 수 있습니다.
이 시스템은 예를 들어 서비스 로봇, 조립 시 또는 인체 공학적으로 부담이 크거나 단조로운 작업에서 작업자를 보조하는 보조 손으로서 인간의 직접적인 조수로 사용할 수 있습니다. 위험하거나 제한된 접근성으로 인해 사람이 일할 수 없는 환경에서도 사용할 수 있습니다.
BionicSoftHand 2.0은 모듈식 컨셉을 통해 다른 로봇 팔에 신속하게 장착하여 작동할 수 있습니다. BionicCobot 또는 BionicSoftArm 과 결합된 그리퍼는 고유한 유연성으로 인간과 협업할 수 있는 완전 공압 로봇 시스템을 형성합니다.