Nauka i badania na targach AUTOMATICA 2010

I tak roboty oprócz zastosowania w przemyśle, potrafią bawić poprzez interaktywny dialog z zainteresowanym, grać w golfa, ping-ponga, na skrzypcach czy serwować drinki z zawrotną prędkością nie roniąc nawet kropli. Jednak są to jeszcze ograniczone możliwości, żeby zastąpić człowieka w dziedzinie rozrywki. Skupiając się na najnowszej, zaprezentowanej na targach technologii, mogącej znaleźć zastosowanie w najbliższej przyszłości nie tylko w przemyśle ale również w medycynie, warto przyjrzeć się ofercie niemieckiego instytutu DLR (Deutches Zentrum fur Luft- und Raumfahrt e.V.), który zaprezentował swoje osiągnięcia w różnych dziedzinach. Niektóre z nich wkrótce mogą stać się nieodłączną częścią życia codziennego.

Jednym z zaprezentowanych rozwiązań instytutu DLR był lekki medyczny system chirurgiczny MiroSurge. System ów składa się z trzech robotów. Dwa z nich, wyposażone w czujniki siły i momentu, prowadzą z minimalną inwazyjnością narzędzia chirurgiczne, a trzeci został wyposażony w stereofoniczny endoskop rozdzielczości HD.

Dzięki zastosowaniu sprzężenia zwrotnego od sił i momentów oraz kamery wideo chirurg – nie tylko widząc, ale również czując, z jaką siłą oddziałuje na tkanki – może korygować położenia narzędzi w stosunku do operowanego narządu. Obraz wideo może być transmitowany do wielu użytkowników przez Ethernet. Całe sterowanie robotów odbywa się zdalnie za pośrednictwem specjalnej konsoli. Oprócz generowania obrazu wideo 3D, system umożliwia siłowe sterowanie dwuręczne ze sprzężeniem w 6+1 stopniach swobody – więcej informacji...

W przyszłości roboty humanoidalne będą mieć zastosowanie w domu, m.in. jako pomoc domowa, stąd DLR wychodząc naprzeciw tym oczekiwaniom opracował mobilny humanoidalny robot o imieniu Justin. Głównym zadaniem robota Justin jest udzielanie pomocy poprzez podanie/wyniesienie elementów czy złożenie prostych przedmiotów. Justin jest lekkim mobilnym systemem z dwoma ramionami i czteropalczastymi dłońmi. Mobilna konstrukcja oraz niezależne adaptacyjne zawieszenie napędu kół zostało specjalnie opracowane z uwzględnieniem wymogów robotów-pomocników. Za orientację w przestrzeni odpowiadają optyczne czujniki odległości oraz kamery, dzięki temu robot może z dużą dokładnością zrekonstruować otaczającą go przestrzeń i poruszać się autonomicznie po przydzieleniu zadań.

Roboty zawsze miały pomagać lub wyręczać ludzi. Instytut DLR pracuje nad stworzeniem robota sterowanego przez siłowe oddziaływanie nań, dodatkowo wyposażonego w czujniki 3D do rozpoznawania obiektów. Zastosowanie odpowiednich algorytmów sytuacyjnego zachowania robota w środowisku niesprecyzowanym umożliwia bezpieczną interakcję między człowiekiem a robotem. Ważną rolę odgrywa tutaj system detekcji kolizji i reakcji na kolizję. W przypadku działania siłą na jego ramię, robot poddawał się i wycofywał, następnie po zdjęciu siły wracał do swojej pierwotnej pozycji. Taki robot mógłby mieć zastosowanie przy montażu – byłby pomocnikiem podającym poszczególne elementy składowe, jak również odbierającym lub podającym narzędzia.

Mulicopter jest latającym urządzeniem z kilkoma przeciwnie obracającymi się, na stałe ustawionymi śmigłami. Urządzenie jest sterowane przez zmianę prędkości obrotu śmigieł. System wyposażony jest w akcelerometry, żyroskopy, elektroniczny kompas, altimetr, czujnik GPS i, zależnie od wersji, w kamery stereo, wysokiej rozdzielczości kamery zbliżeniowe czy skanery laserowe. Tak wyposażone urządzenie może być stosowane do zbierania danych środowiskowych, generowania modeli 3D budynków i wykorzystywane w akacjach ratunkowych, gdzie nie można w konwencjonalny sposób podejść ze względu na panujące trudne warunki. Obecnie DLR pracuje nad połączeniem kilku różnych czujników i stworzeniem jednego systemu do sterowania lotem, gdyż sama nawigacja GPS nie zabezpiecza przed uniknięciem kolizji w przestrzeni. W przyszłości planowane jest stworzenie inteligentnych algorytmów do kooperacji mulicopterów z pojazdami naziemnymi. Ze względu na ograniczone zasoby obliczeniowe w pojazdach latających szczególnie ważne wydaje się opracowanie odpowiednich i wydajnych algorytmów.

Innym ciekawym urządzeniem zaprezentowanym na targach jest DLR Crawler – sześcionożny robot kroczący, w którym jako nogi zostały wykorzystane palce ręki DLR Hand II. Każdy palec zawiera cztery przeguby i trzy stopnie swobody. Kompletna integracja systemów wykonawczych, czujników i elektroniki zapewniła maksymalną elastyczność i łatwe zastosowanie konstrukcji w innych aplikacjach, tak jak ma to miejsce w Crawlerze. Rozmieszczenie czujników sił i momentów w przegubach i stopie umożliwia zastosowanie różnych metod sterowania ruchem.

Algorytm ruchu, zainspirowany rozwiązaniami występującymi w przyrodzie, oraz czujniki umożliwiają robotowi niezależne ocenianie i pokonywanie przeszkód (przejście przez nie lub obejście, jeżeli przeszkoda zbyt wysoka) oraz adaptację nowego ruchu w przypadku utraty lub uszkodzenia kończyny. Dzięki użyciu kamer stereo i metody Semi-Global Matching (SGM), robot jest zdolny do autonomicznej nawigacji z jednego punktu do drugiego po nieznanym terenie. Kamera stereo jest użyta do lokalizacji położenia robota oraz modelowania terenu. Obecnie twórcy testują różne metody planowania ścieżki ruchu i systemy nawigacyjne do terenów nieznanych, a w przyszłości planowane jest wykorzystanie Crawlera do eksploracji terenów planet.

Instytut DLR zaprezentował na targach AUTOMATICA w Monachium wiele ciekawych i prototypowych rozwiązań, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie w życiu codziennym lub przemyśle – więcej informacji... o przedstawionych urządzeniach, jak i o wielu innych ciekawych projektach – liczne zdjęcia i filmy z pokazów możliwości urządzeń.

mgr inż. Piotr Stempniak – PIAP