Nieuw algoritme helpt robots objecten veel sneller op te pakken

Een nieuw algoritme stelt robots in staat objecten veel sneller op te pakken. Het algoritme helpt robots de strategie die zij hiervoor hanteren in slechts enkele seconden te bepalen.

Het algoritme is ontwikkeld door onderzoekers van het Massachussets Institute of Technology (MIT), die de resultaten van hun ontwikkeling presenteren in The International Journal of Robotics Research. Het oppakken van een object is voor mensen een koud kunstje. Voor robots is dezelfde handeling echter een zeer complexe beweging. Zo zijn allerlei factoren van invloed op het vermogen van de robot een object op te pakken, zoals de geometrie van het object en de frictie die het materiaal oplevert. 

Plannen

Om een object succesvol op te pakken moet een robot zijn actie dan ook in belangrijke mate plannen. Een van de manieren om zo’n object op te pakken is door het object tegen een vast oppervlak te duwen. Onderzoekers van het MIT hebben een manier gevonden om het planningsproces dat hiervoor nodig is aanzienlijk te versnellen. Waar traditionele algoritmes al snel tien minuten nodig hebben om een dergelijke handeling te plannen, kan het algoritme van het MIT dit in minder dan een seconde. 

Dat traditionele algoritmes relatief lang nodig hebben om handelingen te plannen, komt onder meer doordat in een berekening met allerlei natuurwetten rekening moeten houden. Denk hierbij aan bewegingswetten van Newton, maar ook aan de Wet van Coulomb om frictie tussen objecten te bepalen. “Het is een langdradig rekentechnisch proces om deze wetten te integreren, alle mogelijke bewegingen die de robot kan maken te overwegen en hieruit de meest nuttige te kiezen”, aldus Rodriguez.

Omgeving gebruiken

Door sneller te kunnen plannen, kunnen robots in onder meer industriële omgevingen sneller bepalen hoe zij hun omgeving kunnen gebruiken om objecten te manipuleren. Zo kunnen zij objecten tegen een oppervlak aanduwen of langs een rand schuiven om de oriëntatie van het object te manipuleren. Alberto Rodriguez, assistant professor machinebouw bij MIT, noemt dit nuttig voor onder andere het oppakken en sorteren van objecten, maar ook voor nauwkeurig gebruik van gereedschappen. “Dit is een manier om de vaardigheden van zelfs eenvoudige robotgrijpers te vergroten, aanzien iedere robots een omgeving tot zijn beschikking heeft”, licht Rodriguez toe.

De werkwijze van het team maakt gebruik van ‘bewegingskegels’, wat in feite kegelvormige kaarten voor frictie zijn. De binnenzijde van de kegel representeert alle duwende bewegingen die binnen fundamentele natuurwetten op een object in een specifieke locatie kunnen worden uitgeoefend om deze vast te houden. De ruimte buiten de kegel representeert alle duwende bewegingen die tot gevolg hebben dat de robot zijn grip op het object verliest. Het algoritme hoeft de berekeningen die nodig zijn om dit te bepalen dankzij de kegel niet voor iedere beweging opnieuw uit te voeren.

‘Gecompliceerd proces’

“Ogenschijnlijk eenvoudige variatie zoals hoe hard de robot een object vastpakt, kunnen de wijze waarop een object beweegt indien deze wordt geduwd fundamenteel veranderen. Dit is onderdeel van de fysieke redenering die het algoritme voor rekening neemt”, legt Rachel Holladay, student elektrotechniek en computerwetenschappen bij MIT. “Het is een gecompliceerd proces, maar veel sneller dan de traditionele methode – snel genoeg om een volledig reeks duwende bewegingen in een halve seconden te plannen.”

Het algoritme is getest in een testopstelling waarbij een eenvoudige robotarm de T-vormig blok oppakt, tegen een verticaal oppervlak duwt om het blok te draaien en deze naast de letters M en I plaatst. De robot krijgt het blok tijdens de test telkens in een andere oriëntatie aangereikt. Het algoritme was in staat direct een kaart te creëren met alle mogelijke krachten die de robot op het blok kan uitoefenen en de impact die deze bewegingen hebben op de oriëntatie van het blok.  

“We hebben duizenden duwende bewegingen gemaakt om te verifiëren dat ons model correct voorspelt wat er in de echte wereld gebeurt”, aldus Holladay. “Indien we een beweging maken die binnen de kegel valt, zou het vastgepakte object onder controle moeten blijven. Indien het hierbuiten ligt zou het object uit de grip moeten ontsnappen.”

Beperkingen wegnemen

“Veel fabrieksrobots die gereedschappen gebruiken hebben een speciaal ontworpen hand. In plaats van het vermogen een schroevendraaier op te pakken en deze op verschillende manieren te gebruiken, maken zij van de hand simpelweg een schroevendraaier”, zegt Holladay. “Je kunt je voorstellen dat dit minder gedetailleerde planning vereist, maar meer beperkingen oplevert. Wij willen een robot die in staat is veel verschillende dingen op te pakken.”

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: MIT