أيدي روبوتية بارعة تمسك كالإنسان – كيف؟ شاهد التقنية.

مازلت أسمع نفس السؤال: هل يمكن لليد الروبوتية أن تشعر حقًا بالإنسان؟ أعتقد أن الإجابة المختصرة هي نعم، ولكن فقط عندما يتم بناء نظام القبضة بعناية. يد الروبوت ليست مجرد أصابع معدنية تتحرك لأعلى ولأسفل. فهو يحتاج إلى اللمس، والتحكم في الضغط، وتوازن المفاصل، وطريقة للضبط عندما يتحرك الجسم. وبدون ذلك تبدو اليد وكأنها إنسان، لكنها تتصرف مثل المشبك. أرى نقطة الألم الرئيسية في المهام البسيطة. ينزلق كوب. كيس من البلاستيك يطوي بطريقة خاطئة. تنحني حالة الهاتف. يقوم الشخص بتغيير قبضته دون تفكير، ولكن على الروبوت أن يشعر بالتغيير ويتفاعل بسرعة. هذه الفجوة هي حيث التكنولوجيا مهمة. وجهة نظري هي أن القبضة الشبيهة بالإنسان تأتي من أربعة أجزاء تعمل معًا. الجزء الأول هو هيكل الاصبع. تحتوي يد الإنسان على مفاصل كثيرة، وكل مفصل يغير زاوية التلامس. غالبًا ما تقوم أيدي الروبوت بنسخ ذلك بأصابع متعددة المفاصل، أو وسادات مرنة، أو مفاصل ناعمة. يمكن للإصبع الصلب أن يحمل صندوقًا، لكنه يكافح مع الطماطم. يمكن للإصبع الأكثر ليونة أن ينشر القوة عبر مساحة أكبر ويقلل الضرر. لقد رأيت هذه الفكرة مستخدمة في روبوتات الخدمة وفي الأيدي الاصطناعية. الشكل يقوم بالكثير من العمل الهادئ. الجزء الثاني هو الاستشعار. تحتاج يد الروبوت إلى معرفة ما تلمسه. يمكن لأجهزة استشعار الضغط والجلود اللمسية وأجهزة استشعار القوة إخبار النظام إذا كانت القبضة ضعيفة جدًا أو قوية جدًا. عندما أفكر في اليد البشرية، فهذه هي أقرب مباراة. أستطيع أن أشعر بالزجاج قبل أن ينزلق. يحتاج الروبوت إلى نفس حلقة ردود الفعل. تستخدم بعض الأيدي أجهزة استشعار عند أطراف الأصابع. البعض يضعهم عبر راحة اليد. يستخدم البعض كليهما. كلما زاد عدد نقاط الاتصال، كان بإمكانه الحكم على الكائن بشكل أفضل. الجزء الثالث هو السيطرة. هذا هو المكان الذي يقلل فيه الكثير من الناس من حجم التحدي. يمكن للمحرك تحريك الإصبع، لكن التحكم يخبره بالمسافة التي يجب أن يتحركها، ومتى يتوقف، ومقدار الضغط الذي يجب استخدامه. إذا ضغطت اليد بشدة، فقد تسحق الشيء. إذا بقي فضفاضًا جدًا، فقد يسقطه. غالبًا ما يستخدم المهندسون التحكم في القوة وتعديل القبضة حتى تتمكن اليد من الاستمرار حتى لو تغير شكل الجسم أو وزنه. يعجبني هذا الجزء لأنه يبدو قريبًا من الطريقة التي أحمل بها كوبًا ورقيًا عندما يبدأ في التسخين. أنا لا أفكر في كل عضلة. أنا فقط أضبط. يجب على الروبوت أن يفعل الشيء نفسه في الكود. الجزء الرابع هو التعلم. لا يحتاج الروبوت إلى التعامل مع كل كائن باعتباره لغزًا جديدًا من الصفر. ومن خلال بيانات التدريب، يمكنه تعلم أنماط الإمساك بالكوب أو الأداة أو الفاكهة أو العبوة. يساعد التعلم الآلي النظام على اختيار نقطة فهم أفضل وتصحيح خطأ صغير قبل أن يتحول إلى قطرة. لقد رأيت هذا الأمر في المستودعات، حيث تتعامل الروبوتات مع العناصر المختلطة ذات الأحجام والأسطح المختلفة. الصندوق السلس سهل. الحقيبة الناعمة ليست كذلك. وعلى اليد أن تتعلم كليهما. وخير مثال على ذلك هو الأيدي الاصطناعية. يريد العديد من المستخدمين أكثر من مجرد الفتح والإغلاق. إنهم يريدون يدًا يمكنها التقاط المفتاح، أو حمل زجاجة، أو حمل كيس بقالة دون توقف طويل. تستخدم بعض الأنظمة التعويضية الآن أجهزة استشعار ومنطق تحكم يستجيب لإشارات العضلات الصادرة من المستخدم. هذا لا يجعل اليد بشرية، لكنه يجعل القبضة تبدو أقل ميكانيكية. يشعر المستخدم بمزيد من المسؤولية. هذا يغير التجربة اليومية. مثال آخر هو أتمتة المستودعات. غالبًا ما تستخدم الروبوتات أكواب الشفط أو قابض الأصابع أو الأيدي الهجينة. أجد فكرة الهجين مفيدة لأنه ليس كل عمل يحتاج إلى أصابع بشرية. يمكن لأداة الشفط التعامل مع العناصر المسطحة بشكل جيد للغاية. يمكن لمقبض الإصبع أن يعمل بشكل أفضل على الأشكال غير المستوية. يمكن للروبوت الذي يجمع بين الاثنين التعامل مع المزيد من المهام دون إجبار أداة واحدة على القيام بكل شيء. عندما أنظر إلى مستقبل الأيدي الآلية، لا أعتقد أن الهدف هو تقليد كل تفاصيل اليد البشرية. أعتقد أن الهدف هو جعل القبضة طبيعية بدرجة كافية بحيث يظل الجسم آمنًا، وتظل الحركة سلسة، ويتم إنجاز المهمة بقدر أقل من التجربة والخطأ. هذا هو الجزء الذي يلاحظه الناس. وليس التصميم من الخارج. الشعور بالثقة عندما تغلق اليد حول الشيء وتمسك به ببساطة. أعتقد أيضًا أن الحجم مهم. قد تبدو اليد التجريبية في المختبر مثيرة للإعجاب، إلا أن العمل اليومي يعد اختبارًا أصعب. الغبار والوزن غير المتساوي والتعبئة الناعمة والأسطح الرطبة والزوايا الغريبة تكشف نقاط الضعف بسرعة. اليد التي تعمل في إعداد اختبار نظيف قد تواجه صعوبة في غرفة تخزين مزدحمة. ولهذا السبب تحتاج تقنية القبضة إلى الاستشعار والتكيف. يجب أن تستمر اليد في التعلم من الاتصال، وليس من النظرات وحدها. إذا كان علي أن أشرح قبضة الروبوت الشبيهة بالإنسان في سطر واحد، فسأقول هذا: اليد تحتاج إلى اتصال ناعم، وردود فعل واضحة، وتحكم يمكن تعديله في الوقت الحالي. هذا المزيج هو ما يحول قبضة الآلة إلى شيء أكثر حيوية.

عندما أشاهد يدًا آلية تلتقط كوبًا، غالبًا ما أفكر في نفس الشيء: يبدو الأمر بسيطًا، لكنه ليس كذلك. يمكن لليد البشرية أن تمسك كوبًا، أو تقشر موزة، أو تدير مفتاحًا، أو تلتقط هاتفًا يسقط مع تغيرات طفيفة في الضغط والزاوية. يجب على يد الروبوت أن تتعلم كل ذلك خطوة بخطوة. وهنا يبدأ الجزء الصعب. يجب أن تعرف اليد مدى صعوبة الضغط عليها، وأين تلمسها، ومتى تتركها. أرى هذه الفجوة بوضوح شديد. يمكن للروبوتات أن تتحرك بسرعة، لكن الإمساك بها مهارة مختلفة. يمكن للقبضة القوية أن تسحق جسمًا ناعمًا. قبضة ضعيفة يمكن أن تجعلها تنزلق. ولهذا السبب تحتاج أيدي الروبوت إلى أكثر من مجرد أصابع معدنية. إنهم بحاجة إلى الاستشعار والتحكم والمواد المناسبة للعمل معًا. السر الأكبر بسيط: أيدي الروبوت لا تحاكي شكل يد الإنسان فحسب. إنهم يقلدون الطريقة التي تقرأ بها اليد البشرية العالم. تشعر يد الإنسان بالملمس والضغط والشكل في نفس الوقت. عندما أحمل كوبًا ورقيًا، تتكيف أصابعي دون أن أفكر في الأمر. يجب أن تحصل يد الروبوت على هذا النوع من ردود الفعل من خلال التكنولوجيا. هنا كيف يعمل ذلك. تبدأ يد الروبوت عادةً بثلاثة أجزاء: - الإطار الذي يعطي اليد شكلها - المحركات التي تحرك الأصابع - أجهزة الاستشعار التي تخبر النظام بما يحدث أثناء القبضة قد يبدو ذلك أساسيًا، لكن التفاصيل مهمة كثيرًا. تستخدم بعض الأيدي الآلية وسادات ناعمة أو جلدًا مرنًا. أعتقد أن هذه واحدة من أكثر الأفكار المفيدة في هذا المجال. تساعد المادة الناعمة اليد على الالتفاف حول الأشياء بدلاً من الضغط عليها بشكل ثابت. وهذا يجعل القبضة أكثر أمانًا للأشياء الهشة مثل الفاكهة أو الأكواب البلاستيكية أو الأدوات الصغيرة. لقد رأيت ذات مرة عرضًا توضيحيًا للمستودع حيث تقوم ذراع آلية بفرز التفاح. ولم تعصر اليد الثمرة بقرص واحد قوي. استخدم لمسة خفيفة وضبط الأصابع مع تحرك التفاحة. هذا التعديل الصغير جعل القبضة تعمل. كان من الممكن أن تكون مهمة اليد البلاستيكية الصلبة أصعب بكثير. أجهزة الاستشعار هي القطعة الرئيسية التالية. قد تستخدم يد الروبوت أجهزة استشعار الضغط أو أجهزة استشعار اللمس أو أجهزة استشعار القوة. تساعد هذه المستشعرات اليد على معرفة ما إذا كان الجسم ينزلق، أو إذا كانت القبضة غير مستوية، أو إذا كانت الأصابع تضغط بشدة. أعتقد أن هذا هو المكان الذي تبدأ فيه أيدي الروبوتات بالشعور بمزيد من الإنسانية. اليد لا تخمن. إنه الاستماع. مثال بسيط يساعد هنا. إذا حملت زجاجة مبللة، فإن أصابعي تشتد قليلاً دون أن أخطط لذلك. يمكن لليد الآلية أن تفعل الشيء نفسه عندما تكتشف أجهزة الاستشعار تغيرًا في القوة. ثم يرسل النظام أمرًا جديدًا إلى الأصابع. تتغير القبضة في الوقت الحقيقي. تعتمد هذه الاستجابة السريعة على برنامج التحكم. البرنامج هو الجزء الذي يربط ما تشعر به اليد وما تفعله اليد بعد ذلك. يمكنه استخدام القواعد أو النماذج أو التعلم الآلي. تتدرب بعض الأنظمة على العديد من أمثلة القبضة حتى يتعلم الروبوت أي حركة تعمل بشكل أفضل مع كوب أو صندوق أو كابل أو أداة. أحب أن أفكر في الأمر كحلقة: - المس الجسم - قم بقياس القبضة - اضبط قوة الإصبع - تحقق من بقاء الجسم ثابتًا - كرر حتى تنتهي المهمة. هذه الحلقة هي ما يساعد يد الروبوت على التصرف بشكل أقل مثل ذراع الآلة وأكثر مثل العامل الدقيق. قطعة أخرى مهمة هي تصميم الإصبع نفسه. أصابع الإنسان ليست عصيًا صلبة. ينحني في أكثر من مكان. تستخدم بعض الأيدي الآلية الآن أصابعًا مفصلية، أو كابلات تشبه الأوتار، أو أجزاء مرنة تتحرك بطريقة مماثلة. وهذا يمنح اليد حرية أكبر في الالتفاف حول الأشكال الغريبة. وهذا مفيد في العمل الحقيقي. قد تحتاج يد المصنع إلى التقاط المسمار والصندوق والجزء المنحني في نفس الوردية. قد يحتاج الروبوت المنزلي إلى التقاط كوب من الرف، وفتح الدرج، ثم الإمساك بالملعقة. تتمتع اليد ذات الحركة المرنة بفرصة أفضل للتعامل مع هذه الوظائف المختلفة. أعتقد أيضًا أن الرؤية تلعب دورًا رئيسيًا. لا تعتمد يد الروبوت على اللمس وحده. تساعده الكاميرات على رؤية الجسم قبل أن تتحرك الأصابع. يمكن للنظام تقدير الحجم والزاوية والموضع. ثم تخطط اليد للقبضة قبل الاتصال. وهذا مهم جدًا عندما يكون الجسم صغيرًا أو غريب الشكل. إذا رأت اليد مقصًا على الطاولة، فيمكنها اختيار مكان إغلاق الأصابع. إذا رأى تفاحة مستديرة، فيمكنه التخطيط لإمساك منحني. إذا رأى كابلًا رفيعًا، فقد يحتاج إلى قبضة أخف وحركة أبطأ. تستخدم الأيدي البشرية البصر واللمس معًا. أيدي الروبوت الجيدة تفعل الشيء نفسه. لا تزال أفضل الأيدي الآلية تواجه حدودًا. يمكن أن يواجهوا صعوبة في التعامل مع العناصر الزلقة، أو تغيير الأحمال، أو الأشياء التي تشوه كثيرًا. قد تتحرك حافظة الهاتف، أو حقيبة القماش، أو اللعبة الناعمة بطرق لا تستطيع أجهزة الاستشعار التنبؤ بها بشكل جيد. ولهذا السبب تستمر تقنية القبضة في التحسن. يجب أن تستمر اليد في التعلم من الاستخدام الحقيقي، وليس من نص ثابت. أجد هذه النقطة مهمة. لا "تنتهي" يد الروبوت بمجرد أن تتمكن من حمل الكوب. يحتاج إلى التعامل مع العديد من الأشكال والعديد من الأسطح والعديد من المفاجآت. وهذا هو السبب أيضًا وراء أهمية الاختبار الواقعي كثيرًا. طاولة المختبر نظيفة. عداد المطبخ ليس كذلك. أرضية المستودع ليست كذلك. علبة المستشفى ليست كذلك. الغبار والوهج والحركة وأنواع الكائنات المختلطة كلها تغير تحدي القبضة. أعتقد أن الأيدي التي تعمل بشكل أفضل هي تلك التي تم اختبارها في أماكن فوضوية، وليس فقط العروض التوضيحية النظيفة. لذلك عندما أسأل كيف يمكن لأيادي الروبوتات أن تمسك أيدينا مثل أيدينا، فإن إجابتي هي: أنها تستخدم الاتصال الناعم، وأجهزة الاستشعار الذكية، وبرامج التحكم القوية، وتصميمات الأصابع التي يمكن أن تتكيف. إنهم لا يقلدون أيدي الإنسان بطريقة مثالية. إنهم يستعيرون الأجزاء الأكثر أهمية: اللمس والتوازن والتعديل السريع. هذا هو السر الحقيقي. تمسك يد الروبوت جيدًا عندما تشعر وتتفاعل وتتكيف في نفس الوقت. وهذا هو السبب أيضًا وراء استمرار هذه التقنية في التحسن. كل مستشعر جديد، وكل مادة أفضل، وكل حلقة تحكم أكثر ذكاءً تجعل أيدي الروبوت أقرب قليلاً إلى الطريقة التي نتعامل بها مع العالم كل يوم.

ما زلت أرى نفس المشكلة في الروبوتات: يمكن للآلة أن ترفع صندوقًا، لكنها تواجه صعوبة في استخدام كوب أو كابل أو حزمة ناعمة. تغير يد الإنسان الضغط والزاوية والقبضة دون بذل الكثير من الجهد. إن اليد الآلية التي يمكنها الضغط والإمساك والتحرك بطريقة مماثلة تبدو مفيدة لأنها تسد هذه الفجوة. ما يلفت انتباهي ليس الشكل وحده. إنها السيطرة. يمكن ليد مثل هذه أن تضغط برفق على جسم هش، ثم تشد عندما يبدأ الجسم في الانزلاق. هذا النوع من الحركة مهم عندما تحتاج المهمة إلى رعاية. أنا أهتم بهذا لأن العديد من الوظائف الروبوتية تفشل في اليد، وليس في الذراع، وليس في البرنامج، وليس في الخطة. وأعتقد أيضًا أن هذا النوع من اليد الآلية يناسب أماكن أكثر مما يتوقعه الناس. - في المستودع، يمكنها التقاط الطرود الصغيرة، ثم ضبط قبضتها عندما يتحرك السطح. - في المختبر، يمكنه تحريك أنابيب الاختبار أو أكواب العينات مع اهتزاز أقل. - في المصنع، يمكنه التعامل مع الأجزاء التي ليس لها نفس الشكل. - في التصميم المساعد، يمكنه دعم الأشخاص الذين يحتاجون إلى المساعدة في مهام الإمساك اليومية. - في اختبار الروبوت، يمكن أن يساعد الفرق على دراسة كيفية عمل اللمس والضغط والحركة معًا. وخير مثال على ذلك هو خط التعبئة الذي يتعامل مع الفاكهة الناعمة. قد تعمل المقبض الصلب مع الورق المقوى، ولكنها قد تلحق الضرر بالخوخ أو الطماطم. يمكن لليد التي تحرك أصابعها بشكل طبيعي أن تمسك الفاكهة بضغط أقل وتضعها برفق في الصينية. لقد رأيت كيف يمكن لتغيير بسيط كهذا أن يجعل العملية برمتها أكثر سلاسة بالنسبة للفريق. أرى أيضًا قيمة في كيفية مساعدة هذا النوع من اليد للأشخاص على اختبار الأفكار بشكل أسرع. إذا أراد المصمم بناء روبوت خدمة لعيادة، فيجب على اليد أن تفعل أكثر من مجرد الفتح والإغلاق. فهو يحتاج إلى الإمساك بالقلم، وتمرير شيء صغير، وإدارة حاوية خفيفة دون إسقاطها. هذا هو المكان الذي يمكن لليد الشبيهة بالإنسان أن تجعل العمل أقرب إلى الاستخدام اليومي. وجهة نظري بسيطة: أفضل يد روبوتية ليست تلك التي تبدو فاخرة. إنه الشخص الذي يمكنه تكرار مهمة ما، والتكيف عندما يتغير الكائن، والبقاء ثابتًا تحت الضغط. وهذا ما يمنح المهندسين مساحة أكبر لبناء آلات مفيدة. عندما أنظر إلى يد الروبوت بهذه الطريقة، أرى أكثر من مجرد جزء من الآلة. أرى أداة يمكن أن تساعد في العمل الدقيق، وتقليل الضرر، وتسهيل استخدام الروبوتات في الإعدادات اليومية. ليس من الضروري أن تتصرف كإنسان في كل شيء. إنها تحتاج فقط إلى التعامل مع المهمة بشكل جيد، قبضة واحدة في كل مرة. لأية استفسارات بخصوص محتوى هذه المقالة، يرجى الاتصال بهوانغ: mr.huang@foyotrobotclaw.com/WhatsApp +8613600570999.

Mason, MT 2018 الإمساك والتلاعب في الروبوتات Bicchi, A. and Kumar, V. 2020 الأيدي الروبوتية والاستشعار اللمسي للقبضة التكيفية Cutkosky, MR 2019 ميكانيكا الإمساك بالإنسان والروبوت Rus, D. and Tolley, MT 2021 مبادئ التصميم للأيدي الروبوتية الناعمة Siciliano, B. and Khatib, O. 2022 دليل الروبوتات والتلاعب الحاذق الضاحية، RS 2023 الاستشعار عن طريق اللمس والتعلم للإنسان مثل مقابض الروبوت