ROSE успешно собрал грибы и клубнику, независимо от того, были ли они мягкими или жесткими, продемонстрировав свои возможности для задач по сбору урожая в условиях сельскохозяйственных угодий. Источник: The International Journal of Robotics Research (2024). DOI: 10.1177/02783649241272120
Роботизированные захваты стали необходимыми во многих отраслях, включая производство, упаковку и логистику, в основном для задач по подъему и перемещению. В последнее время спрос на роботизированные захваты также распространился на сельское хозяйство, где они используются для задач по сбору урожая и упаковке.
Однако обычные роботизированные захваты не справляются с уникальными формами, свойствами и деликатной природой различных культур. Следовательно, растет спрос на более универсальных роботов, которые могут адаптироваться к объектам с различными формами, размерами и текстурами.
Роботизированные захваты, изготовленные из мягких материалов, появились как потенциальное решение вышеуказанной проблемы. Однако современные методы адаптации этих захватов к сложным геометриям опираются на сложное управление и планирование, создаваемые моделями на основе данных.
Для этих моделей требуется большой объем данных, что ограничивает их общую применимость. Кроме того, интеграция сенсорной системы в их мягкое тело требует сложных конструкций и сложных методов изготовления.
С этой целью группа исследователей из Японского передового института науки и технологий (JAIST) под руководством доцента Ван Ань Хо, а также доцента Нгуена Хыу Нхана и аспиранта Нгуена Тхань Хоя разработали инновационный мягкий роботизированный захват под названием ROtation-based Squeezing GrippEr или ROSE.
«ROSE черпает вдохновение из цветущих состояний розы для создания хватательного действия. Он предлагает более простой подход к сбору урожая на реальной ферме, осторожно захватывая объекты с помощью уникального явления «сморщивания».
«В отличие от обычных захватов, ROSE не требует сложных стратегий управления и планирования для адаптации к различным сельскохозяйственным продуктам с различными формами, размерами и текстурами», — объясняет профессор Хо. Команда также использовала имитационную модель, чтобы полностью понять и оптимизировать механизм захвата ROSE.
Исследование опубликовано в Международном журнале исследований робототехники.
ROSE состоит из чашеобразной камеры с двумя мягкими слоями. Вращение внутреннего слоя приводит к образованию складок, похожих на морщины, внутрь, сокращая центральное пространство, что позволяет ROSE аккуратно захватывать объекты разных форм, размеров и текстур. Источник: The International Journal of Robotics Research (2024). DOI: 10.1177/02783649241272120
ROSE состоит из изолированной чашеобразной камеры, образованной двумя тонкими, мягкими слоями эластомера, с разделением между внутренним и внешним слоями. Вращение только внутреннего слоя с использованием внешнего двигателя приводит к деформации слоев.
В частности, это скручивающее движение внутреннего слоя приводит к несоответствию деформации между внешним и внутренним слоями, что приводит к образованию ряда складок, похожих на морщины, вовнутрь, процесс, называемый «сморщиванием». Этот уникальный механизм сжимает центральное пространство в ROSE, что позволяет ему аккуратно захватывать любой объект, присутствующий в этом центральном пространстве.
Чтобы усовершенствовать этот механизм, исследователи изучили процесс сморщивания с помощью имитационной модели на основе метода конечных элементов. Моделирование выявило корреляцию между различными геометрическими характеристиками, включая толщину, диаметр и высоту. В частности, они обнаружили, что соответствующее распределение толщины кожи ROSE, то есть расстояние между слоями, оказывает значительное влияние на ее способность захватывать.
В результате исследователи протестировали две различные стратегии распределения толщины, а именно линейное и нелинейное распределение, что значительно улучшило эффективность захвата ROSE по сравнению с постоянной толщиной. Более того, моделирование также подчеркнуло важность соотношения между диаметром и высотой захвата.
Результаты моделирования были подтверждены с помощью различных экспериментов, подтверждающих способность ROSE выполнять задачи, которые сложны для традиционных захватов.
Исследователи продемонстрировали практическое применение ROSE в сельском хозяйстве, используя его для сбора клубники и грибов. ROSE достиг высоких показателей успешности в сборе этих культур в нескольких испытаниях, независимо от того, были ли они жесткими или мягкими. Он также преуспел в сборе пучка грибов, не разбивая ни одного кусочка, при условии, что размер пучка соответствовал пространству захвата.
«ROSE — один из первых захватов, использующих деформацию изгиба в качестве метода захвата, бросая вызов традиционному представлению о том, что явление изгиба является нежелательным. Более того, практическое применение ROSE в сельскохозяйственных условиях меняет правила игры для сбора урожая на реальных фермах.
«Способность ROSE адаптироваться к различным текстурам и формам делает его чрезвычайно эффективным при выполнении этих задач. «Это не только повышает эффективность, но и может решить проблему растущей нехватки рабочей силы в сельском хозяйстве, особенно в регионах со стареющим населением», — утверждает профессор Хо.
Это исследование знаменует собой значительный прогресс в области роботизированных захватов. Благодаря мягким, но адаптируемым положениям захвата ROSE может открыть новую эру автоматизированного земледелия.
Дополнительная информация: Хой Тхань Нгуен и др., Мягкий, но надежный: исследование изгиба мембраны для достижения универсального захвата с помощью вращающегося сжимающего захвата, Международный журнал исследований робототехники (2024). DOI: 10.1177/02783649241272120
Информация о журнале: Международный журнал исследований робототехники Предоставлено Японским передовым институтом науки и технологий
