让机器人操纵电缆

对人类来说，操纵细而柔韧的物体(如绳子、电线或电缆)可能是一件具有挑战性的事情。但是，如果这些问题对人类来说是困难的，那么对机器人来说几乎是不可能的。当电缆在手指之间滑动时，其形状不断变化，机器人的手指必须不断地感知和调整电缆的位置和运动。

标准的方法使用了一系列缓慢和递增的变形，以及机械夹具来完成这项工作。最近，麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的一组研究人员从不同的角度研究了这项任务，他们的方式更接近于我们人类。该团队的新系统使用了一对带有高分辨率触觉传感器(并且没有额外的机械约束)的软机器人抓手，成功地操纵了自由移动的电缆。

人们可以想象这样的系统既可以用于工业任务，也可以用于家庭任务，有朝一日能够让机器人帮助我们打结、金属丝成形，甚至外科缝合。

该团队的第一步是制造一种新颖的两指夹爪。相对的手指重量轻，移动速度快，可以灵活、实时地调整力量和位置。手指尖端是基于视觉的“GelSight”传感器，由软橡胶制成，带有嵌入式摄像头。夹爪安装在机械臂上，机械臂可以作为控制系统的一部分进行移动。

研究小组的第二步是创建一个感知和控制框架，以允许电缆操纵。为了感知，他们使用GelSight传感器来估计电缆在手指之间的姿势，并测量电缆滑动时的摩擦力。两个控制器并行运行：一个调整抓取力，另一个调整抓取器姿势以使电缆保持在抓取器内。

当安装在手臂上时，夹持器可以从任意抓取位置开始可靠地跟随USB电缆。然后，与第二个夹持器相结合，机器人可以“手接一只手”地移动电缆(就像人一样)，以便找到电缆的末端。它还可以适应不同材料和厚度的电缆。

作为其威力的进一步演示，机器人执行了人类在将耳塞插入手机时通常会做的动作。从一根自由漂浮的耳塞线开始，机器人能够在手指之间滑动线缆，当它感觉到插头触到它的手指时停止，调整插头的姿势，最后将插头插入插孔。

麻省理工学院博士后、一篇关于该系统的新论文的主要作者于社(音译)表示：“操纵柔软的物体在我们的日常生活中非常常见，就像操纵电缆、折叠布料和打绳一样。”“在很多情况下，我们希望机器人帮助人类做这类工作，特别是当这些任务是重复性的、枯燥的或不安全的时候。”

电缆跟踪是具有挑战性的，原因有两个。首先，它需要控制“抓握力”(以保证平滑滑动)和“抓握姿势”(以防止电缆从抓取器的手指上掉下)。

在连续操作过程中，这种信息很难从传统的视觉系统中捕捉到，因为它通常是遮挡的，解释成本很高，有时还不准确。

更重要的是，仅仅用视觉传感器不能直接观察到这些信息，因此研究小组使用了触觉传感器。夹持器的接头也很灵活--保护它们免受潜在的冲击。

该算法还可以推广到具有不同物理特性(如材料、刚度和直径)的不同缆索，也可以推广到不同速度的缆索。

当比较应用于团队抓手的不同控制器时，他们的控制策略可以比其他三个控制器将电缆保持在手中的距离更长。例如，“开环”控制器只跟随了总长度的36%，夹持器在弯曲时很容易丢失电缆，需要多次回扣才能完成任务。

研究小组观察到，由于fi传感器的凸面，当电缆到达fiNGER的边缘时，很难将其拉回。因此，他们希望改进fiNGER传感器的形状，以提高整体性能。

未来，他们计划研究更复杂的电缆操纵任务，如电缆布线和通过障碍物插入电缆，他们希望最终探索汽车行业的自主电缆操纵任务。

余舍与麻省理工学院博士生王绍雄、董思远和尼尔·苏尼尔、麻省理工学院机械工程副教授阿尔贝托·罗德里格斯以及麻省理工学院机械工程副教授爱德华·阿德尔森共同撰写了这篇论文。