控制高度灵活工具的机器人金贤东

控制高度灵活工具的机器人

您如何计算两个机械臂的协调运动，以便它们可以精确地引导高度灵活的工具？ETH研究人员已将优化计算的所有方面集成到算法中。除其他事项外，还将使用热线切割机来开发无砂浆结构的构件。

新生儿的手臂和手大都以无方向的随机方式运动它必须学习如何逐步协调它们。需要多年的练习才能掌握小提琴手或书法家的精细平衡动作。

因此，不足为奇的是，两个机器人手臂用于引导工具的最佳运动的高级计算正好涉及极富挑战性的优化任务。当工具本身不是刚性的，而是在所有方向上都具有柔性，并且根据其位置和运动而不同地弯曲时，复杂性也会大大增加。

来自智能交互系统研究所Stelian Coros研究小组的SimonDünser与其他研究人员合作开发了一种热剪线机器人，该机器人具有可在工作时灵活弯曲的电线。与以前的系统相比，这使它可以用更少的切口创建更复杂的形状，在以前的系统中，电热丝是刚性的，因此只能从易熔塑料的直角线上切出直角表面。

雕刻兔子和设计立面

相比之下，来自ETH计算机科学家的RoboCut不仅限于平面，圆柱体，圆锥体或鞍形表面，还能够在塑料块中创建凹槽。但是，最大的优点是，与必须使用直纹曲面来近似目标形状的情况相比，目标线的弯曲意味着所需的切割少得多。结果，可弯曲的线材可用于通过聚苯乙烯砌块通过十次类似木雕精度的切割来创建坐姿兔子的形象。只需剪两下，兔子的轮廓便清晰可见。

除了对传统热线方法的根本改进之外，RoboCut项目还考虑了其??他特定的应用目标。例如，将来该技术可用于建筑领域，以生产用于混凝土零件的单个聚苯乙烯模具。这将使外观设计更加多样化，并开发出新型的模块化建筑系统。

同时进行三个链接的优化

对于邓瑟来说，科学挑战是该项目的重点。科学家解释说：“复杂的优化计算使RoboCut变得与众不同。在尽可能精确地融化聚苯乙烯嵌段中所需形状的同时，需要这些工具来找到最有效的刀具路径。”

ETH计算机科学家开发了一种热线切割机器人，该机器人可以精确地引导高度灵活的工具，从而能够雕刻兔子。信用：苏黎世联邦理工学院/计算机器人实验室

为了以受控方式移动导线，将其连接到ABB的两臂Yumi机器人上。首先，电线对机器人手臂运动的反应必须计算。通过模拟确定会导致不稳定的电线放置或存在电线断裂风险的位置，然后将其消除。

然后，ETH研究人员便可以在此基础上进行实际的优化。这必须同时考虑三个相关方面。在物理层面上，预测导线的受控弯曲和移动以执行所需的切割非常重要。就形状而言，必须确定一个切割顺序，该顺序将以尽可能少的步骤实现表面到目标形状的高精度逼近。最后，必须排除与机器人零件或其环境的碰撞以及意外割伤。

防止极小值

Dünser是成功将这项复杂任务中的所有参数集成到全局优化算法中的第一批科学家之一。为此，他设计了一种基于主要目标的结构化方法，即电线应始终尽可能切近目标物体的表面。然后，将所有其他限制分配给成本，然后对这些限制进行总体优化。

但是，如果没有其他设备，此类计算将始终处于局部最小值，这将导致毫无意义的最终结果。为避免这种情况，可以说，邓瑟首先消除了成本函数，并从最初仅大致适合目标形状的切口开始计算。然后将切削模拟逐渐逼近目标形状，直到达到所需的精度为止。

具有多种潜力的方法

Dünser开发的方法不仅限于热线切割。其他切削和铣削技术的刀具路径设计将来也会从中受益。该方法为仿真创造了更大的范围，特别是在生成复杂的非旋转对称形状时。

借助这种技术，可以通过火花消融技术对导电材料进行高精度切割，从而可以从中受益。将来，这可能涉及可弯曲的电极线。这意味着，与对塑料进行热线切割一样，与当今的硬线相比，切割更加复杂，因此切割效率更高。

RoboCut的一个特定应用正在与洛桑EPF的一个研究小组共同计划。借助大型版本的热线切割机器人，将开发用于不含灰浆和紧固技术的建筑结构的系统化构建块。元素本身必须以稳定的方式结合在一起。将来，还应该使用机器人切割聚苯乙烯模具，然后用这些模具将各种砖块浇铸到混凝土中。巧妙的塑料切割机也因此创造了明天的混凝土施工技术。

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