Plutôt que de repartir de zéro après une tentative ratée, le robot pick-and-place s’adapte sur le moment pour avoir une meilleure prise

L’approche lente et délibérée de la griffe d’arcade est similaire aux robots pick-and-place à la pointe de la technologie, qui utilisent des planificateurs de haut niveau pour traiter des images visuelles et planifier une série de mouvements à saisir pour un objet. Si un préhenseur rate sa cible, il revient au point de départ, où le contrôleur doit élaborer un nouveau plan.

Cherchant à donner aux robots une touche plus agile et plus humaine, les ingénieurs du MIT ont maintenant développé une pince qui saisit par réflexe. Plutôt que de repartir de zéro après une tentative ratée, le robot de l’équipe s’adapte sur le moment pour rouler, paumer ou pincer par réflexe un objet pour mieux le tenir. Il est capable d’effectuer ces ajustements du “dernier centimètre” (un riff sur le problème de livraison du “dernier kilomètre”) sans engager un planificateur de niveau supérieur, un peu comme la façon dont une personne pourrait tâtonner dans le noir pour un verre de chevet sans trop de réflexion consciente.

La nouvelle conception est la première à intégrer des réflexes dans une architecture de planification robotique. Pour l’instant, le système est une preuve de concept et fournit une structure organisationnelle générale pour intégrer les réflexes dans un système robotique. À l’avenir, les chercheurs prévoient de programmer des réflexes plus complexes pour activer des machines agiles et adaptables qui peuvent fonctionner avec et parmi les humains dans des environnements en constante évolution.

“Dans les environnements où les gens vivent et travaillent, il y aura toujours de l’incertitude”, déclare Andrew SaLoutos, étudiant diplômé du département de génie mécanique du MIT. “Quelqu’un pourrait mettre quelque chose de nouveau sur un bureau ou déplacer quelque chose dans la salle de repos ou ajouter un plat supplémentaire dans l’évier. Nous espérons qu’un robot avec des réflexes pourra s’adapter et travailler avec ce genre d’incertitude.”

SaLoutos et ses collègues présenteront un article sur leur conception en mai lors de la conférence internationale IEEE sur la robotique et l’automatisation (ICRA). Ses co-auteurs du MIT incluent le postdoc Hongmin Kim, l’étudiant diplômé Elijah Stanger-Jones, Menglong Guo SM ’22 et le professeur de génie mécanique Sangbae Kim, directeur du laboratoire de robotique biomimétique du MIT.

Haut et bas

De nombreux préhenseurs robotiques modernes sont conçus pour des tâches relativement lentes et précises, telles que l’assemblage répétitif des mêmes pièces sur une chaîne de montage en usine. Ces systèmes dépendent des données visuelles des caméras embarquées ; le traitement de ces données limite le temps de réaction d’un robot, en particulier s’il doit se remettre d’une saisie ratée.

“Il n’y a aucun moyen de court-circuiter et de dire, oh tire, je dois faire quelque chose maintenant et réagir rapidement”, a déclaré SaLoutos. “Leur seul recours est simplement de recommencer. Et cela prend beaucoup de temps de calcul.”

Dans leur nouveau travail, l’équipe de Kim a construit une plate-forme plus réflexive et réactive, en utilisant des actionneurs rapides et réactifs qu’ils ont initialement développés pour le mini guépard du groupe – un robot agile à quatre pattes conçu pour courir, sauter et adapter rapidement sa démarche à différents types de terrains.

La conception de l’équipe comprend un bras à grande vitesse et deux doigts légers et multiarticulés. En plus d’une caméra montée à la base du bras, l’équipe a incorporé des capteurs personnalisés à large bande passante au bout des doigts qui enregistrent instantanément la force et l’emplacement de tout contact ainsi que la proximité du doigt avec les objets environnants plus de 200 fois par deuxième.

Les chercheurs ont conçu le système robotique de telle sorte qu’un planificateur de haut niveau traite initialement les données visuelles d’une scène, marquant l’emplacement actuel d’un objet où le préhenseur doit saisir l’objet et l’emplacement où le robot doit le déposer. Ensuite, le planificateur définit un chemin pour que le bras atteigne et saisisse l’objet. À ce stade, le contrôleur réflexif prend le relais.

Si le préhenseur ne parvient pas à saisir l’objet, plutôt que de reculer et de recommencer comme le font la plupart des préhenseurs, l’équipe a écrit un algorithme qui demande au robot d’exécuter rapidement l’une des trois manœuvres de préhension, qu’ils appellent des “réflexes”. réponse aux mesures en temps réel au bout des doigts. Les trois réflexes se déclenchent dans le dernier centimètre du robot s’approchant d’un objet et permettent aux doigts de saisir, de pincer ou de faire glisser un objet jusqu’à ce qu’il ait une meilleure prise.

Ils ont programmé les réflexes à réaliser sans avoir à impliquer le planificateur de haut niveau. Au lieu de cela, les réflexes sont organisés à un niveau décisionnel inférieur, de sorte qu’ils peuvent réagir comme par instinct, plutôt que d’avoir à évaluer soigneusement la situation pour planifier une solution optimale.

“C’est comme si, au lieu de laisser le PDG microgérer et planifier chaque chose dans votre entreprise, vous construisez un système de confiance et déléguez certaines tâches à des divisions de niveau inférieur”, explique Kim. “Ce n’est peut-être pas optimal, mais cela aide l’entreprise à réagir beaucoup plus rapidement. Dans de nombreux cas, attendre la solution optimale rend la situation bien pire ou irrémédiable.”

Nettoyage par réflexe

L’équipe a démontré les réflexes du préhenseur en dégageant une étagère encombrée. Ils ont placé une variété d’objets ménagers sur une étagère, y compris un bol, une tasse, une canette, une pomme et un sac de marc de café. Ils ont montré que le robot était capable d’adapter rapidement sa prise à la forme particulière de chaque objet et, dans le cas du marc de café, à son spongieux. Sur 117 tentatives, le préhenseur a rapidement et avec succès saisi et placé des objets plus de 90 % du temps, sans avoir à reculer et à recommencer après une saisie ratée.

Une deuxième expérience a montré comment le robot pouvait également réagir sur le moment. Lorsque les chercheurs ont déplacé la position d’une tasse, la pince, bien qu’elle n’ait aucune mise à jour visuelle du nouvel emplacement, a pu se réajuster et essentiellement sentir autour jusqu’à ce qu’elle sente la tasse dans sa prise. Par rapport à un contrôleur de préhension de base, les réflexes du préhenseur ont augmenté la zone de préhension réussie de plus de 55 %.

Désormais, les ingénieurs s’efforcent d’inclure des réflexes et des manœuvres de préhension plus complexes dans le système, en vue de construire un robot généraliste capable de s’adapter à des espaces encombrés et en constante évolution.

“Prendre une tasse sur une table propre – ce problème spécifique de la robotique a été résolu il y a 30 ans”, note Kim. “Mais une approche plus générale, comme ramasser des jouets dans un coffre à jouets, ou même un livre dans une étagère de bibliothèque, n’a pas été résolue. Maintenant, avec des réflexes, nous pensons pouvoir un jour choisir et placer de toutes les manières possibles, de sorte qu’un robot pourrait potentiellement nettoyer la maison.”

Cette recherche a été soutenue, en partie, par Advanced Robotics Lab de LG Electronics et le Toyota Research Institute.

Vidéo: https://youtu.be/XxDi-HEpXn4