Neuer Algorithmus reduziert Roboter-Greifplanung auf Bruchteile von Sekunden

Ein neuer Algorithmus beschleunigt den Planungsprozess, der erforderlich ist, damit ein Roboter seinen Griff an einem Objekt anpasst, indem er dieses gegen eine stationäre Oberfläche drückt. Während herkömmliche Algorithmen Zehnen von Minuten für die Planung einer Bewegungssequenz benötigen, reduziert der neue Ansatz diesen Vorplanungsprozess auf weniger als eine Sekunde. Diese schnellere Planung ermöglicht es Robotern, insbesondere in industriellen Umgebungen, schnell zu ermitteln, wie sie gegen Umgebungsmerkmale drücken, entlang gleiten oder diese anderweitig nutzen können, um Objekte in ihrem Griff neu zu positionieren. Solche gewandte Manipulation ist nützlich für alle Aufgaben, die Greifen und Sortieren sowie sogar komplexe Werkzeugnutzung beinhalten.

Bestehende Algorithmen benötigen typischerweise Stunden, um eine Bewegungssequenz für einen Robotergriff vorzuplanen, hauptsächlich weil der Algorithmus für jede in Betracht gezogene Bewegung zunächst berechnen muss, ob diese eine Reihe physikalischer Gesetze erfüllt, wie Newtons Bewegungsgesetze und Coulombsches Reibungsgesetz zwischen Objekten. Eine kompakte Möglichkeit, die Physik dieser Manipulationen im Voraus zu lösen, bevor entschieden wird, wie sich die Hand des Roboters bewegen soll, ist die Verwendung von „Bewegungskonen“, die im Wesentlichen visuelle, kegelförmige Karten der Reibung darstellen.

Das Innere des Kegels zeigt alle Stoßbewegungen, die auf ein Objekt an einem bestimmten Ort angewendet werden können, während die grundlegenden Gesetze der Physik eingehalten werden und der Roboter das Objekt festhält. Der Raum außerhalb des Kegels repräsentiert alle Stöße, die auf irgendeine Weise dazu führen würden, dass das Objekt aus dem Griff des Roboters rutscht. Der Algorithmus berechnet einen Bewegungskegel für verschiedene mögliche Konfigurationen zwischen einem Robotergriff, einem gehaltenen Objekt und der Umgebung, gegen die gedrückt wird, um verschiedene durchführbare Stöße auszuwählen und zu sequenzieren, um das Objekt neu zu positionieren.

Die Forscher testeten den neuen Algorithmus an einem physischen Aufbau mit einer Drei-Wege-Interaktion, bei der ein einfacher Robotergriff einen T-förmigen Block hielt und gegen einen vertikalen Stab drückte. Sie nutzten mehrere Startkonfigurationen, bei denen der Roboter den Block an einer bestimmten Position griff und ihn unter einem bestimmten Winkel gegen den Stab drückte. Für jede Startkonfiguration generierte der Algorithmus sofort die Karte aller möglichen Kräfte, die der Roboter anwenden konnte, und die resultierende Position des Blocks. Die Vorhersagen des Algorithmus stimmeten zuverlässig mit dem physischen Ergebnis im Labor überein und planten Bewegungssequenzen – wie das Neujustieren des Blocks am Stab, bevor er aufrecht auf einem Tisch abgesetzt wurde – in weniger als einer Sekunde, verglichen mit traditionellen Algorithmen, die mehr als 500 Sekunden für die Planung benötigen.