BionicMobileAssistant porusza się autonomicznie w przestrzeni i może samodzielnie rozpoznawać obiekty, chwytać je i pracować nad nimi razem z daną osobą. Przetwarzanie zarejestrowanych informacji przejmuje sieć neuronowa, która została wcześniej wytrenowana za pomocą augmentacji danych.
W przyszłości pracownicy i roboty będą coraz ściślej ze sobą współpracować. Dlatego w Festo intensywnie pracujemy nad systemami, które mogłyby na przykład odciążyć ludzi od monotonnych lub niebezpiecznych zadań, a jednocześnie nie stwarzać zagrożenia. Sztuczna inteligencja odgrywa tu główną rolę.
We współpracy z ETH Zurich powstał BionicMobileAssistant, który składa się z trzech podsystemów: robota mobilnego, elektrycznego ramienia robota oraz BionicSoftHand 2.0. Chwytak pneumatyczny jest inspirowany ludzką ręką i stanowi rozwinięcie modelu BionicSoftHand z 2019 roku.
Dzięki DynaArm, elektrycznemu ramieniu robota, możliwe są szybkie i dynamiczne ruchy. Zapewnia to lekka konstrukcja z wysoce zintegrowanymi modułami napędów o wadze zaledwie jednego kilograma. W tych tak zwanych DynaDrives silnik, przekładnia, elektronika sterująca silnikiem i czujniki są zainstalowane na bardzo małej przestrzeni. Ponadto ramię charakteryzuje się wysoką gęstością mocy, która przy mocy 1 kW i momencie obrotowym napędu 60 Nm znacznie przekracza możliwości typowych robotów przemysłowych.
Dzięki kontroli siły opartej na modelu oraz algorytmom sterowania kompensującym efekty dynamiczne, ramię może dobrze reagować na wpływy zewnętrzne, a tym samym bardzo wrażliwie współdziałać z otoczeniem. Jest on sterowany z Ballbota poprzez magistralę komunikacyjną EtherCAT. Dzięki modułowej budowie, ramię DynaArm można szybko uruchomić i jest łatwy w konserwacji.
Ballbot oparty jest na pomysłowej koncepcji napędu: balansuje na kuli napędzanej przez trzy koła Omniwheels. Dzięki temu BionicMobileAssistant może manewrować w dowolnym kierunku. Robot dotyka ziemi tylko w jednym punkcie, dzięki czemu może poruszać się również w wąskich przejściach. Aby utrzymać równowagę, musi się ciągle poruszać. Planowaniem i koordynacją ruchów zajmują się algorytmy planowania i sterowania, które są zapisane na potężnym komputerze w korpusie ballbota.
Stabilność robota realizowana jest czysto dynamicznie - w przypadku oddziaływania czynników zewnętrznych Ballbot potrafi szybko wprawić piłkę w ruch obrotowy i tym samym utrzymać równowagę. Za pomocą inercyjnej jednostki pomiarowej i enkoderów położenia na kołach rejestruje on swoje ruchy i względne nachylenie ukłądu. Na podstawie tych danych program optymalizacyjny oblicza, w jaki sposób robot i ramię muszą się poruszać, aby doprowadzić rękę do pozycji docelowej i jednocześnie ustabilizować robota.
Palce pneumatycznej ręki robota składają się z elastycznych struktur mieszkowych z komorami powietrznymi, zamkniętych w mocnej, ale elastycznej dzianinie tekstylnej. Dzięki temu ręka jest lekka, elastyczna i wrażliwa, a jednocześnie zdolna do wywierania dużych sił. Podobnie jak w przypadku BionicSoftHand z 2019 roku, palce pneumatyczne są również sterowane za pomocą kompaktowej wyspy zaworowej z zaworami piezoelektrycznymi, która jest przymocowana bezpośrednio do ręki.
Ręka ma założoną rękawicę z dotykowymi czujnikami siły na opuszkach palców, dłoni i zewnętrznych stronach ręki robota. W ten sposób może wyczuć, jak twardy jest przedmiot, który ma być uchwycony, jak dobrze pasuje do dłoni i dostosować siłę chwytu do danego przedmiotu - tak jak my, ludzie. Dodatkowo, wewnątrz nadgarstka znajduje się kamera głębi, która umożliwia wizualne wykrywanie obiektów.
Z pomocą obrazów z kamery, ręka robota może rozpoznawać i chwytać różne obiekty, nawet jeśli są one częściowo zakryte. Po odpowiednim treningu, ręka może również oceniać obiekty na podstawie przechwyconych danych i w ten sposób np. odróżniać dobre od złych. Informacje te są przetwarzane przez sieć neuronową, która została wcześniej wytrenowana przy pomocy augmentacji danych.
Aby osiągnąć jak najlepsze wyniki, sieć neuronowa potrzebuje wielu informacji, które ją poprowadzą. Oznacza to, że im więcej obrazów treningowych ma do dyspozycji, tym bardziej staje się niezawodna. Ponieważ jest to zwykle czasochłonne, dobrym pomysłem jest automatyczne zwiększenie bazy danych.
Proces ten nazywany jest augmentacją danych. Dokonując niewielkich zmian w kilku źródłowych obrazach - na przykład z różnym tłem, oświetleniem lub kątem widzenia - i powielając je, system uzyskuje obszerny zbiór danych, z którym może pracować niezależnie.
System ma całe swoje zaopatrzenie w energię na pokładzie: bateria dla ramienia i robota znajduje się w korpusie. Wkład do zasilania sprężonym powietrzem ręki pneumatycznej jest zintegrowany z ramieniem. Oznacza to, że robot jest nie tylko mobilny, ale może również poruszać się autonomicznie.
Algorytmy zapisane na komputerze głównym sterują również autonomicznymi ruchami systemu. Patrząc w przyszłość, planują, jak ramię i piłka muszą się poruszać, aby osiągnąć określone punkty docelowe przy zachowaniu równowagi. Za pomocą dwóch kamer robot samodzielnie ustawia się w przestrzeni: jedna kamera szuka predefiniowanych stałych punktów w otoczeniu, aby ustawić się w sposób bezwzględny, podczas gdy druga kamera wykorzystuje strukturę sufitu do oszacowania ruchu.
Jego mobilność i niezależność energetyczna pozwalają na elastyczne wykorzystanie BionicMobileAssistant do różnych zadań w różnych miejscach - w stale zmieniającym się środowisku produkcyjnym.
System doskonale sprawdziłby się jako bezpośredni asystent człowieka, np. jako robot usługowy, jako pomocna dłoń przy montażu lub jako wsparcie dla pracowników przy wykonywaniu ergonomicznie uciążliwych lub monotonnych zadań. Możliwe byłoby również wykorzystanie go w środowiskach, w których ludzie nie mogą pracować, na przykład ze względu na zagrożenia lub ograniczoną dostępność.
Dzięki modułowej koncepcji, BionicSoftHand 2.0 może być szybko zamontowany na innych ramionach robotycznych i uruchomiony. W połączeniu na przykład z BionicCobot lub BionicSoftArm , chwytak tworzy całkowicie pneumatyczny system robotyczny, który może pracować ramię w ramię z ludźmi dzięki swojej naturalnej zgodności.