新工具改进了用于制造的机器人夹持器

华盛顿大学的一个团队开发了一种新工具，可以设计一个可3D打印的被动抓手并计算拾取物体的最佳路径。新的发展有助于改进装配线机器人。

该系统在22个不同的物体上进行了测试，包括一个门挡形的楔子、一个网球和一个钻头，结果证明它在20个物体上是成功的。成功拾取的两个物体是楔形和带有弯曲钥匙孔的金字塔形状，这对于多种类型的抓手来说通常是困难的。

该研究将于8月11日在SIGGRAPH 2022上发表。

Adriana Schulz是Paul G. Allen计算机科学与工程学院的资深作者和华盛顿大学助理教授。

为生产线创建自定义工具

“我们仍然使用装配线生产大部分产品，这些装配线非常棒，但也非常严格。大流行向我们表明，我们需要有一种方法来轻松地重新利用这些生产线，”舒尔茨说。“我们的想法是为这些生产线创建定制工具。这给了我们一个非常简单的机器人，它可以用一个特定的抓手完成一项任务。然后当我改变任务时，我只需更换夹具。”

传统上，物体被设计成与特定的抓手相匹配，因为被动抓手无法调整以适应它们正在拾取的物体。

Jeffrey Lipton是合著者，也是华盛顿大学机械工程系助理教授。

“世界上最成功的被动夹具是叉车上的钳子。但权衡是叉车钳只适用于特定形状，例如托盘，这意味着您想要抓取的任何东西都需要放在托盘上，”Lipton说。“我们在这里说‘好吧，我们不想预先定义被动夹持器的几何形状。’相反，我们想要获取任何物体的几何形状并设计一个抓手。”

夹持器有许多不同的可能性，其形状通常与机械臂拾取物体的路径有关。当抓手设计不正确时，它可能会在试图捡起物体时撞到物体上，这是团队着手解决的问题。

Milin Kodnongbua是主要作者，在研究期间是艾伦学院的华盛顿大学本科生。

“抓手与物体接触的点对于保持物体在抓握中的稳定性至关重要。我们将这组点称为“抓握配置”，”Kodnongbual说。“此外，夹持器必须在这些给定点接触物体，并且夹持器必须是连接接触点和机器人手臂的单个固体物体。我们可以搜索满足这些要求的插入轨迹。”

设计新的夹持器和轨迹

为了设计新的抓手和轨迹，该团队首先为计算机提供了物体的3D模型及其在空间中的方向。

“首先，我们的算法生成可能的抓取配置，并根据稳定性和其他一些指标对其进行排名，”Kodnongbua说。“然后，它采用最佳选择并共同优化，以确定插入轨迹是否可行。如果找不到，那么它会转到列表中的下一个抓取配置并尝试再次进行协同优化。”

一旦找到一个好的匹配，计算机就会输出两组指令。第一个是3D打印机创建夹具，第二个是机器人手臂在打印和安装夹具后的轨迹。

该团队在各种物体上测试了新方法。

Ian Good是另一位合著者，也是华盛顿大学机械工程系的博士生。

“我们还设计了对传统抓取机器人具有挑战性的物体，例如角度非常浅的物体或具有内部抓取的物体-你必须通过插入钥匙来拾取它们，”古德说。

该团队对22种形状的皮卡进行了10次测试。对于16个形状，所有10个拾音器都成功了。大多数形状至少有一个成功，两个没有。

即使没有任何人工干预，该算法也为类似形状的物体开发了相同的抓取策略。这使研究人员相信，他们可以制造出能够抓取一类物体而不是特定物体的被动抓手。