Все больше роботов берут на себя часть работы на производстве. Однако до сих пор взаимодействие между человеком и машиной сложно было назвать идеальным. В Мюнхенском техническом университете (TUM) совершили настоящий прорыв в этом направлении.
Когда роботы и люди трудятся на одном предприятии, их обычно стараются жестко разграничивать — в том числе из соображений безопасности. Робот выполняет свою операцию, завершает ее и передает эстафету рабочему, который приступает к следующему этапу.
«Это может быть довольно утомительно, например, в процессе контроля качества, когда детали приходится снова и снова поднимать и перемещать», — поясняет инженер-робототехник Федерико Мазьеро из Школы вычислительных наук, информации и технологий TUM.
Там разработали и испытали симбиоз экзоскелета и роботизированной руки для перемещения массивных деталей на производстве. Система WearaCob (от wearable — «носимый» и collaborative — «сотрудничество») описана в журнале IEEE Robotics and Automation Letters.
Экзоскелет
Экзоскелет надевается как рюкзак. На спине закреплен электродвигатель. С обеих сторон от него к передней части тела тянутся тонкие прочные тросы, которые крепятся к накладкам в районе локтей. Когда двигатель натягивает тросы, они берут на себя часть работы, обычно выполняемой бицепсом.
Оператору помогает манипулятор-рука — кобот. Захватывая и передавая предмет, он взвешивает его и по Wi-Fi сообщает вес экзоскелету. Тросы, которые в исходном состоянии точно компенсируют массу рук самого носильщика, тогда начинают подтягиваться с дополнительным усилием, пропорциональным весу груза.
Испытания показали, что такая схема позволяет снизить мышечные усилия на 65–74%.
«Чтобы справляться и с несимметричными деталями, робот также определяет их центр масс. Преимущество в том, что одна рука может получать больше поддержки, чем другая, что позволяет выравнивать неравномерно распределенную нагрузку», — рассказывает Мазьеро.
Плечевой экзоскелет эффективен и сам по себе, но работает несколько иначе. Самый распространенный метод в исследованиях — измерять активность мышц плеча и на основе этих данных решать, когда и насколько увеличивать поддержку. Этот способ довольно точен (погрешность составляет всего 0,5–1 кг), но перед каждым использованием на предплечье приходится крепить миоэлектрические датчики, что не всегда удобно в условиях реального производства.
Кобот
Кобот — это типичный манипулятор-захват с семью суставами, что делает его подвижным и гибким, а встроенная система автоматического замедления при приближении к человеку позволяет безопасно использовать его даже в лабораторных условиях. Именно сочетание экзоскелета и роботизированной руки дает особые преимущества для промышленности.
«Мы не только подтвердили, что можем точечно снижать физическую нагрузку на заводских рабочих, но и показали, как легко обучать кобота новым задачам. Для этого достаточно провести манипулятор рукой — не нужно писать ни строчки кода. Это колоссальное преимущество перед многими роботами, которые сейчас работают на заводах за защитными барьерами, вдали от людей», — подытожил профессор Лоренцо Мазия, руководивший разработкой.
Инженеры создали экзоскелет, обучающий роботов движениям человека: видео
Роботизированные руки на заводе движутся как в танце благодаря ИИ: видео
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX