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  • 机器人从什么时候开始抓取的(上)

     编者注:本文作者李淼,瑞士洛桑联邦理工博士、武汉库伯特科技创始人。

    最近两天参观了华为的自动化工厂,了解到机器人抓取在工业中的应用以及未来的前景,备受鼓舞。作为一个搞机器人抓取(grasping)接近八年的老“grasper”,觉得还是可以写写机器人抓取的前世今生的。也希望更多对此感兴趣的朋友不要觉得机器人抓取没有前途,前路还远着呢!

    话说当年斯坦福1980年前后做出第一个用于pick-and-place的机器人臂后(忘记名字了),只用了一个二指夹具(gripper),好像只有一个抓取木块并且堆积在一起的视频。与此同时,MIT Salisbury和人搞出了JPL 手,像下面的图片中,可以通过牛逼的代码能力(hacking)让三个手指转动这个长方体木块。

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    但是,hacking归hacking(这个词实在是不知道怎么翻译合适),还是有人提炼出了一个科学问题:给定一个已知或者未知物体,如何选择最优的抓取点,施加合适的力使得物体能够实现期望的行为?(见下图)。这些期望的行为,包括保持稳定,做一些动作,或者是任务。

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    从此,开启了grasping长达30年的灌水生涯,每次ICRA, IROS上(机器人主流会议), 都有一个关于grasping的单独部分(session)。最开始这个领域一个主要方向是研究这个问题的数学形式,包括各种抓取约束与目标函数,涉及领域包含分析,规划与控制,见下图。 直到李泽湘教授的写了本集大成的机器人操作数学基础的教材,这类研究才慢慢不那么热。这一方向我自己一般叫他们数学分析派,目前还是十分活跃。也不知道是什么原因,很多中国学生在这个方向。

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    从另外一个方面,很多人也做了各种机器人手的硬件设计,试图从硬件上来结局这个问题。这个方向最开始是MIT的salisbury做,也就是后来的Barrett hand。后来慢慢研究重镇转移到欧洲,DLR的刘宏老师做出了更灵巧的DLR hand,目前的版本也是越来越好。当然日本人与此同时也研究了几个灵巧手,包括Gifu hand。这些手的一个核心特点就是为了高大上的灵巧,不惜成本,从而导致每个手的价格都是十分高昂,远远高于机械臂的价格。Gifu hand的售价基本接近百万了。另外一个特点就是由于在很小的空间做了大量的复杂集成,整个系统通常不是很稳健,使用起来需要比较小心。

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    硬件的改进最近随着耶鲁的创意和比萨大学的转型,各种便宜的机械手开始出现,下面就是一个自由的3D打印手,但是意大利人还是将它卖出了六万元。这要是放在国内,也就是个玩具了。

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    硬件的升级带来了各种手上用的传感器的改进,手上的比较特殊的就是触觉传感器了。各种手指末端的触觉传感器和整个手掌上的触觉传感器(比如TexScan)也纷纷产生。这些传感器日本上还是很贵,但是一个难点就是传感器的模型很难建立,或者说触觉传感器不是很容易使用,到底该怎么使用触觉信息,现在还没有解决。

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    说了这么多研究方向的机器人抓取,在工业上,大部分的抓取操作还是通过了特殊的装备解决了,必须传送带等运动和分拣装置。即使要用到抓取,也通常是采用二指夹钳或者是吸盘。所以才有了第一段的那句IROS经典名言: Grasping is solved!这个事实其实让做grasping的人有点尴尬,因为通常大家会觉得这个研究没有什么实际的价值。不就是手过去合拢,然后拿物体走了。

    未完!

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