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家政機(jī)器人+機(jī)械手，家務(wù)不用愁

導(dǎo)讀近年來隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，許多高科技公司開始著眼開發(fā)家政機(jī)器人。來自日本的公司Preferred Networks有一支團(tuán)隊(duì)專門研發(fā)“整理客廳“的機(jī)器人系統(tǒng)。該團(tuán)隊(duì)搭建了先進(jìn)的視覺和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得機(jī)器人可以將客廳地板上雜亂的物體識(shí)別歸類，然后進(jìn)行抓取并放到正確的位置?！肮び破涫卤叵壤淦鳌保恢缓糜每煽康臋C(jī)械手也可以大大提升機(jī)器人的收拾屋子的效率和成功率。Preferred Networks團(tuán)隊(duì)的工程師近日就研發(fā)了一款專門適用于撿起家中各種物品的機(jī)械手，并發(fā)表于國際著名機(jī)器人雜志《IEEE Robotics and Automation Letters》上。該款機(jī)械手不僅可以抓握多種形狀不規(guī)則的物體，甚至可以抓取地面上的衣物，柔軟的書本，甚至餐巾紙和塑料袋。圖1. 擺放拖鞋的智能機(jī)器人家政機(jī)器人和特別設(shè)計(jì)的機(jī)械手現(xiàn)代都市人繁忙的工作一天后，回家只想攤在沙發(fā)上“葛優(yōu)躺”，可熊孩子（或是二哈?。┛倳?huì)把玩具亂扔一地，把客廳弄得亂七八糟，頭疼死了！筆者從小沒少幻想，如果有一天有機(jī)器人來幫忙就好，一聲令下機(jī)器人運(yùn)作起來，毫無怨言的把屋子收拾干凈，省心又省力！收拾屋子聽起來是一項(xiàng)簡(jiǎn)單而重復(fù)的任務(wù)，撿起來東西來放到該放的地方不就好了？但其實(shí)如果要用機(jī)器人來完成這項(xiàng)任務(wù)，里面學(xué)問可真不少！在工業(yè)自動(dòng)化中，基于機(jī)器視覺的物體識(shí)別早已經(jīng)被廣泛采用，不過當(dāng)我們把情景換到客廳就復(fù)雜多了，家中物體多種多樣，更不用說散落四處，不像流水線擺放的如此整齊。來自日本的公司Preferred Networks有一支研究團(tuán)隊(duì)就致力于研發(fā)可以自主清潔屋子的機(jī)器人，并且取得了一定的成果。他們研發(fā)的全自動(dòng)整理機(jī)器人系統(tǒng)，還真能讓你一聲令下之后，自動(dòng)把雜亂的客廳收拾的干干凈凈！ PreferredNetworks運(yùn)用最尖端的深度學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)了畫面識(shí)別引擎（基于NVIDIA Tesla V100的超級(jí)電腦MN-1b）并且進(jìn)行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，使機(jī)器人可以分辨掉落在地上的各種物體。哪怕數(shù)百種物品散亂在房間各處，他們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)也能夠識(shí)別出物品的位置和種類。圖2. 機(jī)器人可以識(shí)別并記憶屋子里物體的位置一旦識(shí)別之后，機(jī)器人就按照預(yù)定好的路徑對(duì)每一件物品進(jìn)行抓取，并且歸類到每個(gè)物品應(yīng)該處于的正確的位置（目前來看速度偏慢）。圖3. 機(jī)器人開始收拾圖4 機(jī)器人快收拾完畢人類的生活空間里存在著各種各樣的物體，如果是水瓶，拖鞋這些機(jī)器人還比較好抓，一旦遇到像是手帕，紙巾，書本這類薄軟的物體掉落在地面，抓起它們可真的是為難大部分機(jī)械手了。今天小編向大家介紹的是Preferred Networks的工程師專門設(shè)計(jì)的一款新型機(jī)械手，為了解決以上提到的家務(wù)勞作中常見的抓取問題。該機(jī)械手的相關(guān)論文于近日發(fā)表于國際著名機(jī)器人期刊《IEEE Robotics and Automation Letters》。圖5. 新推出的萬能機(jī)械手這款機(jī)械手的最大亮點(diǎn)就是可以快速可靠的撿起地面上薄而軟的物體，例如一本書，一件衣服等。關(guān)鍵結(jié)構(gòu)就是位于一側(cè)指尖上的一個(gè)可以滑動(dòng)的小皮帶。雖然在指尖添加一個(gè)額外的自由度不算是很新的設(shè)計(jì)思路，該機(jī)械手只用了一個(gè)電機(jī)就實(shí)現(xiàn)了功能，極大的降低了控制復(fù)雜性和成本。我們先一起領(lǐng)略這款機(jī)械手的抓取能力，下一部分簡(jiǎn)單介紹機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)測(cè)試。文末附有完整視頻和相關(guān)文章鏈接，感興趣的童鞋不要錯(cuò)過喔！機(jī)械手可以夾起一片貼在桌子表面的硅膠（對(duì)于人手來說都有一點(diǎn)難度）。圖6 捏起一片硅膠薄片機(jī)械手可以輕松捏起一只筆。圖7. 捏起一只筆機(jī)械手輕松捏起一只小球。圖18. 捏起一只小球機(jī)械手可以抓取大小不同的薄片狀物體。圖9. 抓取不同大小的薄物體圖10 抓取不同尺寸的柱形物體機(jī)械手可以抓取家中常見的裝滿液體的柔軟的袋子（洗衣液）。圖11. 抓取柔軟的袋裝物體機(jī)械手展示抓取不同大小和不同形狀的物體。圖12. 抓取不同形狀的物體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)試 Preferred Networks的工程師設(shè)計(jì)的這款機(jī)械手，巧思之處就在于只用了一個(gè)電機(jī)，就實(shí)現(xiàn)了包括抓取和指尖滑動(dòng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)控制。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖，設(shè)計(jì)者采用了一根貫穿兩根手指和整個(gè)手掌的驅(qū)動(dòng)繩子，繩子同時(shí)也驅(qū)動(dòng)了手指內(nèi)側(cè)的滑動(dòng)帶。繩子右端連接的線性滑塊和彈簧是幫助實(shí)現(xiàn)抓取的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。圖13. 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的抓取過程分成三個(gè)步驟（下圖中的a, b, c）：在第一個(gè)步驟，手指在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下靠近物體。在這個(gè)階段，滑動(dòng)模塊的彈簧剛度大于手指關(guān)節(jié)處的彈簧剛度，因此手指的滑動(dòng)帶保持不動(dòng)，機(jī)械手如同普通的平行夾爪一樣靠近物體。在第二個(gè)階段，當(dāng)手指和物體接觸以后，電機(jī)扭矩增加，繩子的拉力大于滑動(dòng)塊的預(yù)緊力，因此導(dǎo)致滑動(dòng)塊開始滑動(dòng)，隨之而來的是指尖滑動(dòng)帶向著手掌內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，從而把物體拉向機(jī)械手內(nèi)側(cè)，這也正是抓取薄形的物體的關(guān)鍵！第三個(gè)階段，滑塊到達(dá)了結(jié)構(gòu)終點(diǎn)，機(jī)械手此時(shí)表現(xiàn)為一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)，電機(jī)的扭矩被完全加載到關(guān)節(jié)上，從而繼續(xù)抓緊物體。圖14 機(jī)械手的抓取過程借助于這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無需過于復(fù)雜的控制，機(jī)械手就可以抓取很多薄而軟的物體，例如3mm厚度的腳墊，以及軟皮書。圖15. 機(jī)械手可以從桌子上抓取3mm厚的膠墊和軟皮書研究者還設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試抓取了一些對(duì)于大多數(shù)機(jī)械手來說基本上不可能抓的起的超薄物體。例如布料，塑料袋，紙巾，以及A4紙。可以看到，借助于指尖的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，這種又軟又薄的物體的抓取也不在話下！圖16. 機(jī)械手抓取超薄的紙巾和布料等物品未來展望總的來說，這款機(jī)械手借助于簡(jiǎn)單但是精妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一般機(jī)械手難以抓取的能力，同時(shí)又沒有提升機(jī)械手的控制難度。從筆者的角度來看，在抓取薄而軟的家中常見物體方面，真的是很少有機(jī)械手可以和它相匹敵。這款機(jī)械手不愧是專門為了整理雜物機(jī)器人而設(shè)計(jì)的，客廳散落的物體必定有很細(xì)的筆，或者是很薄的衣物，書本等，這款機(jī)械手基本上很好的解決了這一類物體的抓取問題，從而讓機(jī)器人抓取的成功率更高！圖17. 聽話的機(jī)器人雖然目前來說，機(jī)器人的整理速度還是比較緩慢，但筆者相信，隨著各個(gè)方面綜合技術(shù)的發(fā)展，這樣的機(jī)器人終有一天會(huì)走入每個(gè)人的家庭，就好像洗衣機(jī)和洗碗機(jī)一樣，成為必不可少“家用電器”，為你我分擔(dān)生活的煩惱！文章信息 Ko, T.(2020). A Tendon-Driven Robot Gripper With Passively Switchable UnderactuatedSurface and its Physics Simulation Based Parameter Optimization.IEEERobotics and Automation Letters,5(4), 5002-5009. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9126168 或者h(yuǎn)ttps://arxiv.org/pdf/2008.05777.pdf 相關(guān)家務(wù)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)資料 https://projects.preferred.jp/tidying-up-robot/zh/#overview END 責(zé)任編輯：PSY 原文標(biāo)題：厲害了！為家政機(jī)器人配上這款機(jī)械手，一張紙巾掉地上都能捏起來！文章出處：【微信公眾號(hào)：機(jī)器人大講堂】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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