Le pipeline de conception interactif permet à chacun de créer sa propre main robotique personnalisée

Un coup de main pour la conception de manipulateurs robotiques

Les chercheurs du MIT ont créé un pipeline de conception intégré qui permet à un utilisateur sans connaissances spécialisées de créer rapidement une main robotique imprimable en 3D personnalisée. 1 crédit

Les chercheurs du MIT ont créé un pipeline de conception interactif qui rationalise et simplifie le processus de fabrication d’une main robotique personnalisée avec des capteurs tactiles.

En règle générale, un expert en robotique peut passer des mois à concevoir manuellement un manipulateur personnalisé, principalement par essais et erreurs. Chaque itération peut nécessiter de nouvelles pièces qui doivent être conçues et testées à partir de zéro. En revanche, ce nouveau pipeline ne nécessite aucun assemblage manuel ni aucune connaissance spécialisée.

Semblable à la construction avec des LEGO numériques, un concepteur utilise l’interface pour construire un manipulateur robotique à partir d’un ensemble de composants modulaires dont la fabrication est garantie. L’utilisateur peut ajuster la paume et les doigts de la main robotique, en l’adaptant à une tâche spécifique, puis intégrer facilement des capteurs tactiles dans la conception finale.

Une fois la conception terminée, le logiciel génère automatiquement les fichiers d’impression 3D et de tricot machine pour la fabrication du manipulateur. Les capteurs tactiles sont incorporés dans un gant tricoté qui s’adapte parfaitement à la main du robot. Ces capteurs permettent au manipulateur d’effectuer des tâches complexes, comme ramasser des objets délicats ou utiliser des outils.

“L’une des choses les plus excitantes à propos de ce pipeline est qu’il rend la conception accessible à un public général. Plutôt que de passer des mois ou des années à travailler sur une conception et à investir beaucoup d’argent dans des prototypes, vous pouvez avoir un prototype fonctionnel en quelques minutes, ” déclare l’auteure principale Lara Zlokapa, qui obtiendra ce printemps sa maîtrise en génie mécanique.

Rejoindre Zlokapa sur le papier sont ses conseillers Pulkit Agrawal, professeur au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL), et Wojciech Matusik, professeur de génie électrique et d’informatique. Parmi les autres co-auteurs figurent les étudiants diplômés du CSAIL Yiyue Luo et Jie Xu, l’ingénieur en mécanique Michael Foshey et Kui Wu, chercheur principal chez Tencent America. La recherche est présentée à la Conférence internationale sur la robotique et l’automatisation.

Penser à la modularité

Avant de commencer à travailler sur le pipeline, Zlokapa s’est arrêtée pour réfléchir au concept de modularité. Elle voulait créer suffisamment de composants que les utilisateurs pourraient mélanger et assortir avec flexibilité, mais pas au point d’être submergés par les choix.

Elle a pensé de manière créative aux fonctions des composants, plutôt qu’aux formes, et a proposé environ 15 pièces qui peuvent se combiner pour créer des billions de manipulateurs uniques.

Les chercheurs se sont ensuite concentrés sur la création d’une interface intuitive dans laquelle l’utilisateur mélange et associe les composants dans un espace de conception 3D. Un ensemble de règles de production, connu sous le nom de grammaire graphique, contrôle la façon dont les utilisateurs peuvent combiner des pièces en fonction de la façon dont chaque composant, comme une articulation ou un doigt, s’emboîte.

“Si nous considérons cela comme un kit LEGO où vous avez différents blocs de construction que vous pouvez assembler, alors la grammaire pourrait être quelque chose comme” les blocs rouges ne peuvent aller que sur les blocs bleus “et” les blocs bleus ne peuvent pas aller sur le dessus de blocs verts.’ La grammaire des graphes est ce qui nous permet de nous assurer que chaque conception est valide, ce qui signifie qu’elle a un sens physique et que vous pouvez la fabriquer », explique-t-elle.

Une fois que l’utilisateur a créé la structure du manipulateur, il peut déformer les composants pour le personnaliser pour une tâche spécifique. Par exemple, le manipulateur a peut-être besoin de doigts avec des pointes plus fines pour manipuler des ciseaux de bureau ou des doigts courbés capables de saisir des bouteilles.

Lors de cette étape de déformation, le logiciel entoure chaque composant d’une cage numérique. Les utilisateurs étirent ou plient les composants en faisant glisser les coins de chaque cage. Le système limite automatiquement ces mouvements pour s’assurer que les pièces se connectent toujours correctement et que la conception finie reste manufacturable.

Va comme un gant

Après personnalisation, l’utilisateur identifie les emplacements des capteurs tactiles. Ces capteurs sont intégrés dans un gant tricoté qui s’adapte solidement autour du manipulateur robotique imprimé en 3D. Le gant est composé de deux couches de tissu, une qui contient des fibres piézoélectriques horizontales et une autre avec des fibres verticales. Le matériau piézoélectrique produit un signal électrique lorsqu’il est pressé. Des capteurs tactiles sont formés là où les fibres piézoélectriques horizontales et verticales se croisent ; ils convertissent les stimuli de pression en signaux électriques qui peuvent être mesurés.

“Nous avons utilisé des gants car ils sont faciles à installer, faciles à remplacer et faciles à enlever si nous devons réparer quoi que ce soit à l’intérieur”, explique Zlokapa.

De plus, avec des gants, l’utilisateur peut couvrir toute la main avec des capteurs tactiles, plutôt que de les intégrer dans la paume ou les doigts, comme c’est le cas avec d’autres manipulateurs robotiques (s’ils ont des capteurs tactiles).

Une fois l’interface de conception terminée, les chercheurs ont produit des manipulateurs personnalisés pour quatre tâches complexes : ramasser un œuf, couper du papier avec des ciseaux, verser de l’eau d’une bouteille et visser un écrou à oreilles. Le manipulateur d’écrou à oreilles, par exemple, avait un doigt allongé et décalé, ce qui empêchait le doigt d’entrer en collision avec l’écrou lorsqu’il tournait. Cette conception réussie n’a nécessité que deux itérations.

Le manipulateur de saisie d’œufs n’a jamais cassé ou laissé tomber l’œuf pendant les tests, et le manipulateur de coupe de papier pourrait utiliser une gamme de ciseaux plus large que n’importe quelle main robotique existante qu’ils pourraient trouver dans la littérature.

Mais en testant les manipulateurs, les chercheurs ont découvert que les capteurs créaient beaucoup de bruit en raison du tissage irrégulier des fibres tricotées, ce qui nuit à leur précision. Ils travaillent maintenant sur des capteurs plus fiables qui pourraient améliorer les performances du manipulateur.

Les chercheurs souhaitent également explorer l’utilisation d’une automatisation supplémentaire. Étant donné que les règles de grammaire des graphes sont écrites d’une manière qu’un ordinateur peut comprendre, les algorithmes pourraient rechercher l’espace de conception pour déterminer les configurations optimales pour une main robotique spécifique à une tâche. Avec la fabrication autonome, l’ensemble du processus de prototypage pourrait se faire sans intervention humaine, explique Zlokapa.

“Maintenant que nous avons un moyen pour un ordinateur d’explorer cet espace de conception, nous pouvons travailler sur la réponse à la question : ‘La main humaine est-elle la forme optimale pour effectuer les tâches quotidiennes ?’ Peut-être y a-t-il une meilleure forme ? Ou peut-être voulons-nous plus ou moins de doigts, ou des doigts pointant dans des directions différentes ? Cette recherche ne répond pas entièrement à cette question, mais c’est un pas dans cette direction », dit-elle.


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Plus d’information:
Un pipeline de conception intégré pour les manipulateurs robotiques à détection tactile

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Citation: Le pipeline de conception interactif permet à quiconque de créer sa propre main robotique personnalisée (2022, 25 mai) récupéré le 25 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-interactive-pipeline-enables-customized-robotic.html

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