Nejnovější inovace společnosti Shadow je připravena změnit způsob, jakým výzkumníci používají roboty v průmyslu, ve službách a také ve strojovém učení. Nová robotická ruka Shadow Hand (v průmyslové terminologii můžeme říci uchopovač či chapadlo) byla vyvinuta ve spolupráci s Google DeepMind v přímé reakci na jejich potřebu spolehlivého výzkumného nástroje pro vývoj systémů umělé inteligence (AI). Nová Shadow Hand obsahuje velké množství senzorů, včetně měření polohy, síly a setrvačnosti, a také několik kanálů hmatového snímání na jednotlivých prstech. Přitom je již k dispozici ke koupi jako standardní sestava, přičemž společnost Shadow Robot nabízí i poradenskou službu pro podporu při realizaci aplikací, při úpravě robota nebo spolupráci na dalším vývoji specifických komponent.

Nicméně stále je dostupné i "starší" provedení robotické ruky označené jako Dexterous Hand (v překladu "šikovná / obratná ruka").

Shadow Robot

Společnost Shadow Robot je relativně nová vývojová britská společnost zaměřující se původně hlavně na návrh a vývoj robotické ruky v podobě obecně použitelného chapadla, kterou se však v posledních letech snaží doplnit i vhodnými aplikacemi s umělou inteligencí (AI).

Prvním jejich velkým úspěchem bylo v roce 2022 představení výrobku pojmenovaného jako "Dexterous Hand", který si následně vysloužil titul "The World’s Most Dexterous Humanoid Robot Hand" („Nejobratnější humanoidní ruka pro robota na světě“). Je to robotický uchopovač, který je ideální pro nasazení s roboty se strojovým učením. Následně v rámci dalšího navazujícího vývoje, a také díky spolupráci se společností Google, představili veřejnosti na veletrhu ICRA v květnu 2024 již zmíněnou novou ruku Shadow Hand.

Dexterous Hand Series (první generace 2022)

Shadow Dexterous Hand je 2 až 5prstá robotická ruka, která nabízí velkou manipulační přesnost a dokáže manipulovat i s malými a křehkými nástroji a předměty s větší přesností než jakákoliv dřívější ruka či jiný robotický uchopovač. Pro tyto účely má implementováno více než 100 senzorů, včetně dotykových senzorů tlaku (PST) namontovaných na konečcích prstů, které provádí měření a vyhodnocující data s frekvencí až 1 kHz. Plně integrované standardní robotické rozhraní ROS, využívané dnes pro průmyslové robotické systémy (ramena), umožňuje snadnou integraci a použití jak ve výzkumných a vývojových nástrojích, tak i jako testovací hardware pro AI a vysoce sofistikované aplikace průmyslového strojového učení.

Pětiprstá ruka Shadow Dexterous Hand umožňuje provádět téměř stejné operace jako lidská ruka.

Shadow Dexterous Hand je možné také používat jako vzdálenou ruku ovládanou skutečnými lidskými pohyby prostřednictví k tomu určených speciálních snímacích rukavic "Shadow Glove" a teleoperačního systému. To celkově nabízí možnost intuitivního ovládání a vysokou přesnost v manipulaci a uchopování předmětů ve vzdálených nebo nebezpečných prostředích.

Ukázka použití Shadow Dexterous Hand jako vzdáleně ovládané ruky pomocí  speciálních snímacích rukavic "Shadow Glove" a teleoperačního systému.

Bližší technický popis

Dexterous Hand obsahuje celkem 20 motorů a je poháněna tzv. umělou šlachou, což umožňuje pohyb až s 24 stupni volnosti. Přesněji napsáno, od každého kloubu ruky jdou k jeho příslušnému motoru dvě mechanické "šlachy", přičemž zatížení každé šlachy je měřeno příslušným tenzometrem. Poloha je pak sledována 26 senzory Hallova jevu, které lokálně snímají úhel každého kloubu s typickým rozlišením 0,2 stupně. Navíc je dlaň vybavena IMU (Inertial Measurement Unit = inerciální měřicí jednotka) s tříosým gyroskopem a tříosým akcelerometrem.

Dále všechny Shadow Hand mají na konečcích prstů standardně namontované hmatové senzory tlaku (PST), což jsou lokálně teplotně kompenzované senzory s vysokou citlivostí. Konkrétně každá Dexterous Hand má 5 řídicích kanálů vyvedených spolu s pomocným SPI portem na zadní straně dlaně. SPI zde zejména umožňuje přidat / připojit další senzory dle potřeby cílové aplikace. Polohová PID regulační smyčka společně s řídicími proměnnými (požadovaná hodnota, procesní hodnota, výstup atd.) běží s frekvencí 1 kHz.

Základní typy a parametry uchopovače řady Shadow Dexterous Hand.

New Shadow Hand 2024 (druhá generace 2024)

Společnost Shadow Robot pak ve spolupráci s Google DeepMind nově vyvinula a letošní rok v květnu představila nové vylepšené provedení robotické ruky, která je určena nejen pro potřeby nových Google vývojových projektů strojového učení a AI, ale je dostupná i pro další společnosti či univerzity a jejich projekty umělé inteligence v oblasti manipulace. Je totiž již nyní k dispozici k zakoupení.

Tato nová ruka je sice "jen" 3prstá, ale to je z důvodu větší mechanické odolnosti. Také má nově implementovanou ještě hustší síť vysokorychlostních senzorů, které zajišťují měření polohy, síly a setrvačnosti, a také stovky kanálů hmatového snímání v každém prstu.

Nové průkopnické snímače prstů Shadow nabízejí stovky taxelů (tedy snímacích plošek - mechanická obdoba pixelů v digitálním snímku), každý se širokým dynamickým měřicím rozsahem. Velká šířka pásma měření točivého momentu a setrvačnosti a také řízení regulační smyčky polohy poskytuje jemnou a přesnou zručnost konečků prstů a tak činí celou ruku velmi citlivou na interakce s okolním prostředím.

Stereo snímací dotykové senzory na špičkách prstů poskytují vysokou úroveň detailů v oblasti 3D interakce, přičemž 3 DOF hmatové senzory na středních a proximálních článcích prstů poskytují další přidané informace během uchopování a manipulace různě složitě tvarovaných předmětů.

Cílem návrhu byla i snadná údržba, a to i pro uživatele s minimálním zaškolením. I bezpečnostní funkce byly navrženy tak, že mají poskytovat jednoduchý provoz. Plně integrované rozhraní ROS opět umožňuje standardní napojení a použití ruky jako každého jiného moderního průmyslového uchopovače a činí jej tak snadno použitelným se současnými kolaborativními roboty různých výrobců.

Ukázky možností ovládání a využití nového uchopovače Shadow Hand 2024 pro účely vývoje aplikací umělé inteligence.

Závěr

Při využití moderních univerzálních softwarových sofistikovaných aplikací s umělou inteligencí je současně velmi zajímavé využít i přesné a univerzální roboty a uchopovací prostředky, které mohou AI využít nejen pro generování a zpracování dat, ale i pro řízení pohybových aplikací a fyzické pohybové interakce s lidmi.

Společnost Shadow Robot je jedna ze špičkových evropských společností, která se snaží tyto směry a potřeby vývoje zachytit a vhodně realizovat při současném zachování možnosti použití s běžnými robotickými rameny a díky vysoké mechanické odolnosti i možnosti nasazení v na odolnost náročném průmyslovém prostředí (viz zajímavá videa z testů údery kladivy na webu společnosti https://www.shadowrobot.com/).

Odkazy:

• Webové stránky společnosti Shadow Robot: https://www.shadowrobot.com/