Phòng thí nghiệm Hệ thống Robot Động và một nhóm thiết kế công nghiệp từ Viện Công nghệ New Jersey đã tạo ra TOCABI. TOCABI là một robot hình người mà con người có thể điều khiển từ cách xa hàng nghìn dặm. Được hỗ trợ bởi các công cụ cộng tác đám mây và khả năng thiết kế của Fusion 360, các nhóm đã làm việc cùng nhau liên tục bất chấp thời gian chênh lệch 12 giờ và đại dịch.
Sức mạnh của các avatar robot từ xa
Việc loại bỏ các tương tác trực tiếp hàng ngày với bạn bè, gia đình và đồng nghiệp trong đại dịch COVID-19 đã đặt ra những hạn chế đáng kể đối với sức khỏe và năng suất của chúng ta. Tuy nhiên, những trải nghiệm này, mặc dù tàn bạo, đã thúc đẩy rất nhiều ý tưởng hoàn toàn mới và những sáng tạo đáng kinh ngạc. Ví dụ, điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể điều khiển chính xác chuyển động của một robot mạnh mẽ trong thời gian thực từ hàng trăm hoặc hàng nghìn dặm?
Các ứng dụng của ý tưởng này rất thú vị. Hãy tưởng tượng một đội robot có khả năng cứu hộ cung cấp và trợ giúp một khu vực thiên tai quá nguy hiểm đối với nhân viên cứu trợ con người. Hoặc một chuyên gia với những kỹ năng hiếm có cung cấp các dịch vụ chuyên biệt của họ ở bất kỳ đâu trên thế giới, ngay lập tức. Một cặp song sinh kỹ thuật số trở nên sống động thông qua phần cứng.
Tầm nhìn tương lai này là lý do tại sao Quỹ XPRIZE, dành riêng để truyền cảm hứng cho những đột phá trong ngành, đang tài trợ giải thưởng 10 triệu đô la cho các hình đại diện robot. Một trong những thí sinh lọt vào bán kết là TOCABI (Biped tuân thủ điều khiển mô-men xoắn), một avatar hình người với kích thước đầy đủ được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Hệ thống Robot Động (DYROS). DYROS là một phòng thí nghiệm nghiên cứu ở Hàn Quốc do Giáo sư Jaeheung Park đứng đầu. DYROS đã hợp tác với một nhóm thiết kế công nghiệp từ Viện Công nghệ New Jersey (NJIT). Cả hai nhóm đã sử dụng Autodesk Fusion 360 để cộng tác trong dự án hấp dẫn này.
Hợp tác kéo dài 8 năm
Một trong những cộng tác viên chính của Giáo sư Park là Matthew Schwartz, một trợ lý giáo sư tại NJIT và là một nhà nghiên cứu cũ của DHRC. Các lĩnh vực chuyên môn của họ bao gồm kết nối giữa thiết kế tính toán và các yếu tố con người, phân tích chuyển động của con người với khả năng ghi lại chuyển động và các hệ thống robot để sản xuất.
Schwartz nói: “Trở lại năm 2013, Giáo sư Park yêu cầu tôi thiết kế một số vỏ nhựa để che chân của robot. “Tôi đã thấy một cơ hội thú vị hơn để tích hợp cấu trúc với thiết kế. Vào thời điểm đó, ý tưởng về các hình dạng hoàn toàn hữu cơ và cong trên robot hình người là rất hiếm vì dung sai trong quá trình gia công thấp có thể làm phức tạp vấn đề chuyển mô phỏng sang thực tế. Nhưng với tôi kinh nghiệm trong sản xuất tiên tiến, tôi biết điều đó là có thể. “
Đưa đội lên tàu với ý tưởng của anh ấy là “một cuộc đấu tranh.” Tuy nhiên, rô bốt Atlas từ Boston Dynamics ra mắt với những đường ống cong quanh chân của nó đã khiến thương vụ này bị thất bại. Nhóm nghiên cứu tập trung chủ yếu vào chân của avatar từ năm 2013 đến năm 2015, sau đó chuyển sang phần trên của cơ thể. Đối với Schwartz, mục đích của dự án luôn là cải thiện nghiên cứu về người máy với một nền tảng giúp các nhà nghiên cứu trau dồi ý tưởng của họ về động cơ, cấu hình chung và lý thuyết điều khiển. Ý tưởng sử dụng robot làm hình đại diện xuất hiện tương đối gần đây khi XPRIZE công bố sự cạnh tranh của nó.
Ưu điểm của điều khiển mô-men xoắn
Con người có thể điều khiển robot theo nhiều cách khác nhau. TOCABI sử dụng hệ thống kiểm soát mô-men xoắn xác định nơi nó cần di chuyển trước khi tính toán và truyền năng lượng cần thiết cho động cơ trước khi chuyển động. Cách tiếp cận này an toàn hơn nhiều cho sự tương tác giữa người và robot so với các phương pháp điều khiển truyền thống được sử dụng trong sản xuất. Bất kể thế nào, một cánh tay robot sẽ di chuyển đến vị trí được xác định trước, gây ra rủi ro nghiêm trọng cho bất kỳ con người nào cản đường.
Ngoài ra, TOCABI cao 1,8m, nặng 100kg, vận hành với 33 bậc tự do. Tất nhiên, tất cả những điều này đều có thể thực hiện được nhờ nhiều năm cộng tác căng thẳng. Các nhóm có thể cộng tác liền mạch bất chấp thời gian chênh lệch 12 giờ nhờ Fusion 360.
Schwartz nói: “Giáo sư Park và tôi đã làm việc với tư cách là một nhóm liên ngành trong tám năm. “Chúng tôi đã kết hợp các ý tưởng thẩm mỹ và kỹ thuật thiết kế công nghiệp để vượt qua những thách thức trong thế giới thực về kỹ thuật, sản xuất, nghiên cứu, tạo mẫu và phát triển. Fusion 360 đã giúp biến điều đó thành hiện thực nhờ sự kết hợp độc đáo giữa mô hình hữu cơ và cộng tác đám mây.”
Cộng tác với Fusion 360
Nhóm TOCABI bao gồm hơn 20 người. Ngoài Giáo sư Park và Schwartz, kỹ sư trưởng Jaehoon Sim, trưởng nhóm phần mềm Junewhee Ahn và trưởng nhóm tích hợp hệ thống Suhan Park đều là thành viên của nhóm (trong số nhiều người khác).
Schwartz giải thích: “Robot của chúng tôi được chế tạo hoàn toàn từ đầu. Nhưng với tư cách là một cộng tác nghiên cứu bao gồm nhiều sinh viên đại học đang đến và đi, việc quản lý các dự án của chúng tôi là rất khó khăn. Chúng tôi sử dụng Fusion 360 để theo dõi những gì mọi người đang làm việc. “
Fusion 360 giúp nhóm TOCABI quản lý kiểm soát phiên bản, nhận thông báo cập nhật và hợp nhất các phần mới khi chúng có sẵn. Phần lớn công việc này diễn ra qua hội nghị truyền hình để đảm bảo các nhóm đang làm việc trên phiên bản chính xác và mọi người đều nhận được thông báo khi những người khác đưa ra quyết định. Fusion 360 và các khả năng đám mây của nó đã giúp hợp lý hóa quá trình này.
Schwartz nói: “Ví dụ điển hình nhất là đầu của robot, chúng tôi đã thiết kế lại và triển khai trong vòng hai tháng kể từ thời hạn XPRIZE. “Chúng tôi đặt hình dạng đầu qua nhiều lần lặp lại, mỗi lần phải gắn vào khớp cổ. Chúng tôi cũng cập nhật khuôn mặt nhiều lần và các máy quay video được sử dụng để hiển thị môi trường cho người vận hành. Tất cả những quyết định này diễn ra đồng thời, vì vậy a nền tảng thiết kế tích hợp, tập trung là chìa khóa để đáp ứng thời hạn của chúng tôi. “
Công cụ tích hợp giúp hoàn thành công việc
Fusion 360 cũng giúp nhóm lập mô hình chính xác các hình dạng hữu cơ, đặc biệt là trong các trường hợp yêu cầu dung sai rất cao, chẳng hạn như kết nối vỏ động cơ.
Schwartz nói: “Fusion đã trở thành một nền tảng thực sự liên ngành đối với chúng tôi, nơi các nhóm kỹ thuật và thiết kế đều cảm thấy thoải mái khi sử dụng nó. “Chúng tôi muốn đề xuất một hình dạng con người, nhưng tất nhiên không làm cho nó giống hệt nhau. Hạn chế về động cơ khiến điều này không thể thực hiện được, nhưng mô hình hữu cơ gần như không bị giới hạn cho phép chúng tôi áp dụng các đường cong và tham chiếu đến hình dạng con người, làm cho robot của chúng tôi trông giống như một thứ mà mọi người mong đợi sẽ di chuyển như một con người. “
Việc tích hợp nhiều tính năng trong một nền tảng cộng tác cũng cho phép nhóm TOCABI tạo ra một vòng phản hồi chặt chẽ. Họ có thể xác định động cơ và các vị trí chung ở một nơi và các mối liên kết bằng cách sử dụng thông tin đó ở một vị trí riêng biệt. Theo cách tương tự, nhóm đã cải thiện khả năng giao tiếp các yêu cầu thiết kế và kỹ thuật với tab mô phỏng.
Schwartz cho biết: “Sau khi chúng tôi thiết lập mô phỏng cấu trúc của mình, thật dễ dàng để thảo luận về hệ số an toàn cần thiết và thiết kế lại và phân tích lặp đi lặp lại,” Schwartz nói. “Đôi khi, chúng tôi sử dụng tính năng tối ưu hóa cấu trúc liên kết để khám phá các quyết định của mình. Ở khắp trung tâm của rô-bốt, có một thanh phân chia kết nối cả hai cánh tay. Nó nằm trên thân và rất quan trọng đối với sức mạnh tổng thể. Ban đầu, chúng tôi thiết kế nó một cách trực quan, nhưng bằng cách làm nó chắc chắn và sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết, chúng tôi có thể xác thực các quyết định của mình. “
Máy in Formlabs SLA
Được cung cấp Hỗ trợ Quan trọng Tất nhiên, việc chế tạo một robot phức tạp như thế này là một kỳ công không hề nhỏ. Để đạt được một thiết kế cực kỳ tinh vi như vậy cần một lượng lớn công việc. Các chu trình tạo mẫu, thử nghiệm và xác nhận đều đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo mọi thứ kết hợp với nhau một cách chính xác. Để đạt được mục tiêu đó, nhóm tại TOCABI nhận thấy các giải pháp SLA của Formlabs là công cụ dẫn đến thành công của họ.
Ví dụ, thiết kế phần đầu là một điều cực kỳ quan trọng để làm đúng. Việc cho phép người điều khiển có được cảm giác thích hợp về môi trường xung quanh thông qua người thay thế robot và mang lại cho họ khả năng di chuyển mà họ cần để quan sát xung quanh là vô cùng quan trọng. Quá trình này mất một thời gian và yêu cầu nhiều lần lặp lại trong suốt quá trình. In 3D vừa trở thành công cụ tạo mẫu và sản xuất cho nhóm. “Các máy quay liên tục thay đổi, nhưng chúng tôi không có đủ thời gian vì các bộ phận CNC sẽ mất vài tuần để chế tạo”, Mathew chia sẻ. Bằng cách chuyển thiết kế sang một tấm giá đỡ được gia công đơn giản hơn để giữ thiết bị điện tử, nhóm tầm nhìn đã có thể tiếp tục lý tưởng sử dụng Formlabs mà không có trở kháng để thử nghiệm với nhiều chiến lược trước khi đưa ra thiết kế cuối cùng của họ.
Tiếp theo cho TOCABI là gì?
Schwartz đã cùng đội Hàn Quốc đến Miami để lọt vào bán kết của cuộc thi XPRIZE. XPRIZE sẽ sớm thông báo kết quả. Bất kể điều gì xảy ra, Schwartz vẫn có kế hoạch tiếp tục phát triển các ý tưởng của mình về điều khiển robot, rất có thể với sự hợp tác của Giáo sư Park.
Schwartz nói: “Do đại dịch, chúng tôi đã phải đợi gần hai năm để hai đội gặp nhau. “Cuối cùng, khi chúng tôi làm xong, những lời đầu tiên thốt ra từ miệng của Giáo sư Park là,” Chúng tôi có ý tưởng mới về robot. Bạn có tham gia không? ” Tất nhiên, tôi đã nói có. “
Chúng tôi rất nóng lòng để xem đội TOCABI sẽ làm gì tiếp theo. Từ sản xuất phụ gia đến những tiến bộ của nó trong quy trình kép kỹ thuật số. TOCABI không chỉ tối tân, mà chính nó định nghĩa sự tối tân trong công nghệ.
Thế giới bản tin | Vina Aspire News
Vina Aspire – Vững bảo mật, trọn niềm tin
Nguồn: https://vina-aspire.com/gap-go-tocabi-robot-hinh-nguoi-duoc-thiet-ke-bang-autodesk-fusion-360/