Manipulador móvel holonômico de código aberto pode promover a robótica doméstica

Pesquisadores da Universidade de Stanford, da Universidade de Princeton e da Dexterity desenvolveram recentemente o TidyBot++, um robô móvel holonômico que pode realizar várias tarefas domésticas e pode ajudar a treinar ou testar novos algoritmos para aplicações robóticas.

Esta plataforma robótica promissora foi apresentada na Conferência sobre Aprendizagem de Robôs e descrita em um artigo publicado no arXiv servidor de pré-impressão.

“Nosso artigo foi inspirado pela crescente necessidade de coleta escalonável de dados em robótica, particularmente na área de manipulação móvel”, disse Jeannette Bohg, autora supervisora ​​do artigo, ao Tech Xplore.

“Embora a aprendizagem por imitação tenha mostrado resultados promissores, o seu sucesso depende fortemente da disponibilidade de demonstrações do mundo real, que são difíceis de adquirir devido à falta de plataformas de investigação adequadas e acessíveis. Notamos uma lacuna na disponibilidade de código aberto, hardware flexível e econômico para manipulação móvel em ambientes domésticos, que são o foco principal de muitas aplicações robóticas.”

O principal objetivo do recente estudo de Bohg e seus colegas foi contribuir para o avanço da pesquisa em robótica, desenvolvendo uma nova plataforma robótica que seja adequada para lidar com tarefas domésticas e também possa ser usada para coletar dados de treinamento para algoritmos de aprendizagem por imitação. . Para promover a sua ampla adoção na comunidade robótica, esta plataforma foi projetada para ser facilmente acessível, robusta e versátil.

“O TidyBot++ é um robô móvel projetado para realizar tarefas domésticas com precisão e facilidade”, explicou Jimmy Wu, primeiro autor do artigo.

“Em sua essência, ele possui uma base holonômica equipada com rodízios motorizados que permitem que ele se mova livremente em qualquer direção – para frente, para trás, lateralmente ou girando – sem as restrições encontradas em bases de robôs tradicionais, como sistemas de acionamento diferencial. Essa capacidade de manobra aprimorada simplifica os movimentos do robô e torna tarefas como o reposicionamento em espaços apertados muito mais eficientes.”

O robô TidyBot++ possui três componentes principais. A primeira é uma estrutura modular feita de extrusões de alumínio com ranhura em T, que é fácil de construir e pode ser personalizada adicionando vários braços robóticos ou sensores.

A estrutura de alumínio possui rodízios motorizados integrados que possuem um pequeno ‘deslocamento do rodízio’. Essas rodas permitem o controle simultâneo de todos os graus de liberdade planares, permitindo essencialmente que o robô role como faria uma cadeira de escritório motorizada.

O terceiro componente do robô consiste em uma interface de teleoperação de telefone móvel que aproveita a API WebXR para rastreamento de pose em tempo real. Usando esta interface, os usuários podem controlar intuitivamente os movimentos do robô simplesmente movendo o telefone.

“Comparado com outras plataformas, o TidyBot++ é altamente manobrável, acessível e otimizado para aprender tarefas domésticas”, disse Bohg. “Sua base holonômica garante eficiência e operação suave, mesmo em ambientes desordenados.”

Comparado a outras plataformas robóticas avançadas, o TidyBot++ tem um custo relativamente baixo, já que sua fabricação custa entre US$ 5.000 e US$ 6.000. Sua estrutura principal pode ser facilmente customizada com a adição de braços robóticos e sensores específicos, o que facilita seu uso para pesquisas.

Para testar o potencial do seu robô, Bohg e seus colegas já realizaram vários experimentos no mundo real. Suas descobertas foram muito promissoras, pois mostraram que, ao executar políticas treinadas em algumas demonstrações, o TidyBot++ poderia realizar várias tarefas domésticas com altas taxas de sucesso, incluindo abrir uma geladeira, limpar uma bancada e carregar uma máquina de lavar louça.

“Mostramos que a base holonômica superou significativamente os projetos não holonômicos em eficiência, taxas de sucesso de tarefas e facilidade de teleoperação”, disse Wu. “Ao tornar o design e o software totalmente de código aberto, pretendemos democratizar o acesso a um manipulador móvel robusto, permitindo que pesquisadores de todo o mundo avancem na pesquisa sobre manipulação móvel.”

No futuro, o robô desenvolvido por esta equipa de investigadores poderá ajudar a recolher dados de alta qualidade para treinar algoritmos de IA para robótica através da aprendizagem por imitação. O TidyBot++ também poderia ser introduzido em ambientes educacionais como uma plataforma para testar esses algoritmos e poderia eventualmente ser implantado em ambientes domésticos, onde poderia ajudar os usuários nas tarefas domésticas.

“Em nossos próximos estudos, planejamos expandir as capacidades do TidyBot++, por exemplo, integrando sensores avançados e múltiplos braços para expandir a gama de tarefas domésticas que ele pode realizar”, disse Bohg. “Também planejamos desenvolver interfaces mais intuitivas e recursos de automação para coletar conjuntos de dados em grande escala para aprender políticas de manipulação complexas.”

Para facilitar a utilização generalizada do seu robô, os investigadores estão agora a tentar melhorar o seu design, abordando algumas das suas limitações, tais como a sua dirigibilidade traseira (ou seja, atualmente, é difícil mover o robô usando força externa). Além disso, gostariam de realizar testes para investigar se o robô poderia coordenar-se facilmente com outros robôs, para enfrentar missões que seriam concluídas de forma mais eficiente por uma equipe de robôs.

“No futuro, também investigaremos maneiras de treinar políticas que se generalizem em uma variedade de ambientes e tarefas com treinamento adicional mínimo”, acrescentou Wu.

“Ao continuar a refinar o TidyBot++, pretendemos ampliar os limites do que os manipuladores móveis podem alcançar e contribuir para tornar a assistência robótica mais acessível e impactante na vida cotidiana.”

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