Onderzoekers van het Reconfigurable Robotics Lab (RRL) van de École Polytechnique Fédèrale de Lausanne (EPFL) hebben onlangs een nieuwe benadering ontwikkeld voor de herconfiguratie van modulaire robots die is geïnspireerd op de kunst van origami. Deze methode, geschetst in een paper gepubliceerd in Sage's International Journal of Robotics Research , elimineert connectiviteitsveranderingen tijdens de transformatie van een systeem.

Modulaire herconfigureerbare robots zijn veelzijdige systemen die hun vorm kunnen transformeren om verschillende taken in verschillende omgevingen uit te voeren. Dit kan met name handig zijn in op missies gebaseerde instellingen, zoals ruimte, herkenning, bemonstering, of zoek- en reddingsoperaties. In deze gevallen, conventionele robots met een vaste morfologie kunnen moeite hebben om zich aan te passen aan complexe en onzekere omgevingen, terwijl modulaire robotsystemen zich autonoom kunnen herconfigureren en aanpassen aan nieuwe omstandigheden.

De herconfigureerbaarheid van modulaire systemen wordt bereikt door de morfologie van hun algehele structuur te veranderen, evenals door hun modules aan te sluiten en los te koppelen. Ondanks de opmerkelijke voordelen van het gebruik van deze systemen, het grote aantal afzonderlijke componenten en vrijheidsgraden (DoF's) maken het wijzigen van hun configuratie zeer uitdagend.

Om dit proces te plannen en te optimaliseren, eerdere studies hebben verschillende benaderingen voorgesteld, die kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën. De eerste categorie omvat doelconfiguratie door de modulaire architectuur van het systeem te verdelen in verschillende sets modules, wat het herconfiguratieproces kan vereenvoudigen. Deze benaderingen kunnen het ontwerp van de uiteindelijke configuratie voor specifieke taken vergemakkelijken, toch slagen ze er niet in om het dynamische herconfiguratieproces aan te pakken.

Een andere benadering voor het optimaliseren van herconfiguratie is het minimaliseren van het aantal connectiviteitsveranderingen wanneer het systeem in de gewenste vorm verandert. Hoewel deze herconfiguratieplanners gericht zijn op het verminderen van het aantal connectiviteitswijzigingen, ze vereisen nog steeds een vorm van loskoppelen en verbinden tussen modules in het proces. Deze connectiviteitswijzigingen zijn tijdrovend, kan complicaties veroorzaken in de algehele transformatie en kan leiden tot verkeerde uitlijning, leidend tot de mechanische storing van het systeem.

De beperkingen van bestaande benaderingen aanpakken, het team van onderzoekers van RRL introduceerde een nieuwe strategie voor het plannen van de herconfiguratie van modulaire robotsystemen, die put uit het proces van het vouwen van origami. Origami is de traditionele Japanse kunst van het vouwen van platte vellen papier in een verscheidenheid aan 3D-objecten of vormen.

"Onze methode bestaat uit een energie-optimale herconfiguratieplanner die een eerste 2D-montagepatroon en een bedieningsvolgorde van de modulaire eenheden genereert, beide resulterend in een minimaal energieverbruik, ’ schreven de onderzoekers in hun paper.

Het door de onderzoekers bedachte algoritmische raamwerk omvat twee hoofdcomponenten:een automatisch modelleringsalgoritme en een heuristisch algoritme. Het automatische modelleringsalgoritme genereert het kinematische model en dynamische afleiding van robotaggregaten, het berekenen van het koppelverbruik van pre-vouwpatronen voor vooraf gedefinieerde vouwsequenties en het gebruik van bewegingsplanning om rekening te houden met de dikte van de constructie. Het heuristische algoritme, anderzijds, omvat een optimale 2D-lay-outplanner gevolgd door twee vouwvolgordeplanners:een uniforme bedieningsplanner voor verschillende lay-outs en een optimale planner binnen een specifieke lay-out.

De nieuwe aanpak die bij RRL is bedacht, pakt effectief het NP-complete probleem aan van energie-optimale herconfiguratieplanning in modulaire robots, het genereren van energie-optimale herconfiguratieschema's voor de initiële montage- en vouwvolgorde van de systeemmodules. De onderzoekers evalueerden hun strategie met behulp van simulaties op Mori, een modulair robotplatform, en boekte veelbelovende resultaten.

"We demonstreren de effectiviteit van onze methode door de algoritmen toe te passen op Mori, een modulaire origami-robot, bij simulatie, " schreven de onderzoekers in hun paper. "Onze resultaten laten zien dat het heuristische algoritme herconfiguratieschema's van hoge kwaliteit oplevert, vergeleken met het automatische modelleringsalgoritme, tegelijkertijd een aanzienlijke hoeveelheid rekentijd en moeite besparen."

© 2018 Wetenschap X Netwerk