機器人擁有類人感知是如何實現(xiàn)的
如今讓機器人用恰當(dāng)?shù)牧α孔ト|西仍然很困難,因為其不能擁有人類的感覺,必然會在力量的使用方面缺少很好的把控。
而真正的觸覺技術(shù)是在抓握時表現(xiàn)出來的“柔韌性”。就像人類在用指尖觸摸后感知事物,輕輕地抓住柔軟度不同的物體一樣。
近日,豐田通商集團的先端電子有限公司及其集團公司先端系統(tǒng)設(shè)計有限公司(NSD)共同開發(fā)了一款可以使機器人擁有觸覺的系統(tǒng),此款系統(tǒng)將配備モーションリブ株式會社的ABC-Core芯片,通過觸覺回放模塊為使用真實觸覺的機器人提供技術(shù)支持。
モーションリブ株式會社在2019年5月成為Real Haptics Technology Council的成員。這是慶應(yīng)義塾大學(xué)觸覺研究中心組織的一次產(chǎn)學(xué)合作會議,目的是使用真實的觸覺來啟動和推廣新業(yè)務(wù)。目前,該公司正與NSD聯(lián)合研發(fā)搭載了慶應(yīng)義塾大學(xué)持有知識產(chǎn)權(quán)的“Real-HapTIcs”技術(shù)和モーションリブ株式會社的ABC-Core芯片的觸覺回放模塊。配備了該技術(shù)的演示機已于8月完成,并于9月推出給用戶。到11月29日,技術(shù)支持和理事會成員公司宣布已可以使用。目前,他們已經(jīng)開始提供配備“ Real HapTIcs ABC-Core”的模塊,幫助機器人可以輕柔地抓住柔軟的物體。
“Real-HapTIcs”是一種“與真實物體和周圍環(huán)境雙向傳輸聯(lián)系信息并再現(xiàn)觸感”的技術(shù)。其核心是一種被稱為ABC-Core的IC芯片。
此款芯片是一種力/觸覺控制器,用于控制伺服電機的力。除了位置,速度和力控制功能外,它還可以實現(xiàn)使兩個電動機的運動同步的力觸傳遞。另外,這款芯片使用了估算算法計算施加到電機的負載力,因此無需安裝額外的力傳感器或扭矩傳感器。
在觸覺傳遞方面,ABC-Core通過將兩個電機連接并即時同步彼此的運動,實現(xiàn)在遠程位置傳遞力觸覺。由于力/觸覺信息可以作為數(shù)字信息處理,因此可以實現(xiàn)對人的力量或觸覺的擴展,例如擴大/減小力。
對于位置/速度/力控制,通過與應(yīng)用程序(如PC /微型計算機/定序器等)連接,ABC-Core可以實現(xiàn)從應(yīng)用程序中命令和測量電機位置、速度和力控制。通過將位置、速度和力控制目標(biāo)值按任意比例組合來執(zhí)行電機控制,可以實現(xiàn)從硬運動(位置控制)到軟運動(力控制)的控制。
如何不使用力傳感器進行力的測量呢?ABC-Core使用唯一的力估算算法,根據(jù)位置傳感器信息計算出施加到電動機上的負載。這消除了對力傳感器/扭矩傳感器的需求,并減少了系統(tǒng)構(gòu)造和維護成本。
為了實現(xiàn)API通訊,ABC-Core具有可以從應(yīng)用程序進行操作的API(應(yīng)用程序接口)。該API用于從應(yīng)用程序發(fā)送控制開始/停止命令和控制目標(biāo)值,并從ABC-Core接收測量值。數(shù)據(jù)發(fā)送/接收的通信方法是串行通信(UART或SPI)。
據(jù)悉,未來幾十年間機器人數(shù)量將持續(xù)增加,而在需要體力勞動的行業(yè)中,機器人將大幅替代人類工作。到2050年前后,機器人數(shù)量將達到世界人口的五倍左右,即約為500億。因此,“輕柔地拿軟東西”是機器人發(fā)展的重要因素也是不可忽略的因素。
未來,真正的觸覺技術(shù)將會使數(shù)字化的力量感知成為可能,并且有望實現(xiàn)“即使遠隔千里也能感受到事物的硬度、柔軟性和彈性”,同時可以“輕柔地抓住柔軟的事物和細膩的事物”。另外,可以通過組合“位置控制”和“力控制”來實現(xiàn)最佳操作。這個時候的機器人會擁有更加優(yōu)越的精致性和靈巧性,更加智能、類人。
機器人搭載觸覺感知技術(shù)的優(yōu)越性表現(xiàn)在:
1、行動超越空間
即使工人和物體離得很遠,也可以感覺到觸覺,從而可以在惡劣的環(huán)境下進行需要觸覺的工作。
2、動作可視化
通過閱讀和理解大師的技能,將隱性知識升華為形象知識,可以將專家技能傳授給非專家學(xué)習(xí)人群。
3、行動超人性化
通過改善力/觸覺數(shù)據(jù),可以有力且快速地執(zhí)行某項工作,并且可以用較小的力來控制較大的力。
4、從物聯(lián)網(wǎng)到IoA(行動互聯(lián)網(wǎng))的行動內(nèi)容轉(zhuǎn)換





