BionicSoftHand: pneumatische robothand met kunstmatige intelligentie

BionicSoftHand

Pneumatische robothand met kunstmatige intelligentie

Grijpen, vasthouden of draaien, aftasten, tikken of drukken - elke dag gebruiken wij onze handen bijna vanzelfsprekend voor de meest verschillende taken. Daarbij is de menselijke hand een echt verbazingwekkend hulpmiddel van de natuur. Wat is er dan niet logischer om robots in samenwerkende werkomgevingen te voorzien van een grijper die aan dit natuurlijke voorbeeld is ontleend en door kunstmatige intelligentie kan leren hoe verschillende grijp- en draaitaken moeten worden uitgevoerd?

Reinforcement Learning: het beloningsprincipe

Bij de BionicSoftHand wordt de Reinforcement Learning-methode toegepast: leren door versterking. Dit betekent: in plaats van een handeling die de hand moet nabootsen, wordt alleen een doel aangegeven. De hand probeert dit doel door uitproberen (trial & error) te realiseren. Aan de hand van de feedback - positief en negatief - optimaliseert de hand zijn acties langzamerhand totdat uiteindelijk de taak met succes is voltooid.

Digitale tweeling van de echte robothand

Hier moet de BionicSoftHand een twaalfzijdig blokje zodanig draaien dat een vooraf bepaalde zijde zich aan de bovenkant bevindt. Het inleren van de daarvoor vereiste bewegingsstrategie vindt plaats in een virtuele omgeving aan de hand van een digitale tweeling, die met gegevens van een dieptecamera en algoritmen uit de kunstmatige intelligentie wordt gecreëerd.

BionicSoftHand: digitale tweeling van de echte robothand

Digitale tweeling: de echte robothand en zijn virtuele kopie in het simulatiemodel

Snelle kennisoverdracht door Massive Parallel Learning

Het digitale simulatiemodel versnelt de training aanzienlijk, vooral wanneer men het vereenvoudigt. Bij het zogenaamde Massive Parallel Learning wordt de verkregen kennis met alle virtuele handen gedeeld, die dan met de nieuwe kennis verder werken: elke fout wordt zo slechts één keer gemaakt. Succesvolle handelingen zijn onmiddellijk voor alle modellen beschikbaar.

Nadat de besturing in het simulatiemodel is getraind, wordt deze op de echte BionicSoftHand overgedragen. Met de virtueel geleerde bewegingsstrategie kan hij het blokje naar de gewenste zijde draaien en in de toekomst ook andere voorwerpen in de gewenste stand zetten. Zo kunnen eenmaal geleerde kennismodules en nieuwe vaardigheden ook met andere robothanden worden gedeeld en wereldwijd ter beschikking worden gesteld.

`BionicSoftHand: sterk geïntegreerde softrobotica-component

Pneumatische kinematica met 3D-textielweefsel

In tegenstelling tot de menselijke hand heeft de BionicSoftHand geen botten. Zijn bewegingen worden via de pneumatische balgstructuren in zijn vingers aangestuurd. Worden de kamers met lucht gevuld, dan buigen zich de vingers. Als de luchtkamers leeg blijven, blijven de vingers gestrekt. Duim en wijsvinger zijn bovendien uitgerust met een zwenkmodule, waardoor de beide vingers ook zijwaarts kunnen bewegen. Zo beschikt de bionische robothand over in totaal twaalf vrijheidsgraden.

De balgen in de vingers zijn omsloten door een speciale 3D-textielmantel, die zowel uit elastische als zeer sterke draden bestaat. Zo kan met het textiel precies worden bepaald op welke plaatsen de structuur uitzet en dus kracht uitoefent en waar de uitzetting wordt belemmerd.

Proportionele piëzoventielen voor een precieze regeling

Om de hoeveelheid slangen in de BionicSoftHand zoveel mogelijk te beperken, hebben de ontwikkelaars zelf een compact, digitaal geregeld ventieleiland geconstrueerd, dat direct onder de hand is aangebracht. Daardoor hoeven de slangen voor de aansturing van de vingers niet door de hele robotarm te worden getrokken. Zo kan de BionicSoftHand met telkens slechts één slang voor luchttoevoer en -afvoer snel en eenvoudig worden aangesloten en in gebruik worden genomen. Met de gebruikte proportionele piëzoventielen kunnen de bewegingen van de vingers nauwkeurig worden geregeld.

Mogelijkheden voor de samenwerking tussen mens en robot

Door zijn flexibele, pneumatische kinematica en het gebruik van elastische materialen en lichte componenten onderscheidt de BionicSoftHand zich van elektrische of met Bowdenkabels geactiveerde robothanden; daardoor is ook een voordelige productie mogelijk. Door hun modulaire opbouw kan men daarbij ook grijpervarianten met drie of vier vingers kiezen.

Gecombineerd met pneumatische lichtgewicht robots – zoals de BionicCobot of de BionicSoftArm – is een directe en veilige samenwerking tussen mens en robot mogelijk. Beide robots zijn in principe meegevend en hoeven niet zoals traditionele fabrieksrobots te worden afgeschermd.

Daardoor is de BionicSoftHand voorbestemd voor toepassingen in samenwerkende werkomgevingen in de fabriek van morgen. Omdat de flexibele robothand zowel krachtig als gevoelig kan grijpen, is het gebruik als helpende derde hand bij de montage net zo goed denkbaar als het gebruik in de servicerobotica.