丰田研究所(Toyota Research Institute)表示，软式泡泡夹持器(Soft Bubble Gripper)向家用机器人迈出了一步

几十年来，未来的愿景有作为国内助理的特色机器人。但尽管机器人领域多年来，除了像地板上的一些基本任务外，国内机器人的梦想仍未实现。丰田研究所表示，它已经开发了一个柔软的泡泡夹具，朝着这个目标。

TOYOTA研究所（TOURTION SORKITITTUT第（4）（如此）也可以协助老年人或有残疾人或残疾人或年龄相关挑战的人，以便他们能够拥有更大的独立，尊严和喜悦，以至于丰田研究所（三）。

作为其对国内机器人努力的一部分，TRI专注于改善机器人操纵。这种夹具必须能够稳定掌握，精确放置和安全互动在无意的联系期间。他们还必须低成本，成为经济实惠且商业可行的家用机器人的一部分。Tri表示，其工程师设计了一个装有所有称为软泡罩夹具的机械手。

软泡泡抓手建立在过去的进展

软泡罩夹具通过TRI操作团队的过去工作。以前，Tri的机器人夹持物体，对它们进行了分类，甚至将洗碗机中的物品正确放置使用外部的常规双指夹子相机．抓手依靠这些摄像机来完成工作。换句话说，他们没有触觉。

现在，TRI表示他们已经找到了一种方法来提高机器人的感知和操控能力软既能更好地被动握住物体，又能主动感知施加的力。这种软夹持器还能精确测量侧向力，侧向力表明物体何时会从夹持器的夹持器中滑出。

抓取器的开发团队是由Alex Alspach领导的，他利用了自己的软机器人开发背景，提出了新的想法爪设计和Naveen Kuppuswamy，制定了算法使用它。与Tri的触觉团队一起开发了使用充满空气，弹性泡沫的强大和柔顺性的技术，用于抓住内侧的摄像机的感测。相机展示了掌握内部的新透视中发生的事情，包括通常不可见的力量。

Alspach和Kuppuswamy在其他研究机构的基础上重复了他们的设计。早期的设计使用的是在末端执行器上有一个单一的、大的、圆的、软泡泡的机器手臂，然后逐渐发展为两个手臂——也就是“大手指”——用于灵巧的、触觉驱动的任务，比如盲目地分类物体和把螺母穿到巨大的螺栓上。

TRI表示，他们的研究人员现在使用的是带有两个更小手指的单臂，每个手指都使用一个柔软的泡泡，结合了柔顺抓握和实时、真实的触觉感知的所有优点。泡泡能感知形状和力量，并识别它们抓着的物体，以及物体和手指之间的力量。

此外，该团队设计了软泡夹具，廉价的材料，以消除国内机器人采用的潜在障碍。

软泡夹具功能

据TRI的研究人员称，这些传感器所显示的力和形状数据的结合，使配备软泡泡抓手的机器人能够执行一系列任务，这些任务对于刚性抓手来说是极其困难的。到目前为止，实验室验证的软泡夹持器的功能包括以下创新:

鲁棒和被动顺应抓取。软泡夹具使用固有的粘合质地和耐用的乳胶弹性性质。将胶乳膨胀至柔软程度，可优化对保持物体的形状的柔性，最大化掌握稳定性。鉴于物理性质 - 它的充气气泡和胶乳的胶乳，胶乳的高摩擦纹理 - 当抓住并抓住物体时，软泡夹具非常可靠。

“被动顺应”指的是由材料物理定律控制的抓手，而不是由电机和顺应末端执行器的任何形状。然而，正如Alspach所指出的，“仅凭依从性无法让你对对象进行创造性的操作。这就是抓手的其他能力发挥作用的地方。”

通过触摸识别对象。在泡沫内部是一种低成本，现成的飞行时间（TOF）深度传感器/红外相机，使用视觉“觉得”夹具持有的东西。它使系统能够通过它们的形状和其他物理属性识别对象，并了解在大约一秒内与它有关。

这类似于人类的手指在钱包或背包深处寻找钥匙。从技术上讲，它们不能“看见”，但它们提供了触觉信息，人们用它来建立我们正在触摸的东西的心理模型。这种能力让机器人能够执行现实的、有用的任务，通常是在家里发现的，因为它知道物体在它的“手”是如何指向的，以及它必须做什么来完成任务。

这和小孩子玩形状分类器没什么区别。当孩子们面对一堆不同形状的积木时，他们随机抓一个，感受它的形状和所有方面，然后做出选择。柔软的泡泡抓取器使用类似的过程来对一个满是物体的水槽进行排序。它测量并识别几何特征，然后精确地将杯子放入洗碗机或将塑料瓶扔进回收箱。根据TRI的说法，它不是通过视觉，而是通过触摸来对形状进行分类。

剪切力检测与解释。研究人员说，当外力试图抓取、扭转、拉或推一个物体时，软泡泡钳也能感觉到。它利用气泡内部的摄像头来测量乳胶膜内部密集的点图案是如何移动和扭曲的。

然后，它揭示了导致这种失真的力的大小和方向。如果它降低的对象降落在计数器上，这会让它迅速意识到，如果它意外地撞到了某些东西，或者已经收到了它交换的对象。臂末端的工具给出了外部世界及其席位的机器人触觉意识。根据控制器，机器人可以轻轻地将某人一颗全葡萄酒玻璃送到桌子上而不会溢出。

库普斯瓦米解释说:“要完成交接，机器人不需要知道自己拿着酒杯，只需要知道有什么东西在拉着它……施加一个外力，让它放手。”

在另一个练习中，机器人将透明酒杯堆叠起来。这对于一个拥有传统视觉和坚硬抓手的机器人来说是非常困难的，因为它很难感知透明物体，而酒杯是易碎的。但使用软泡泡钳相对容易，机器人盲目堆放高脚器皿，不知道物体的高度或桌子的位置。

剪切力 - 作为乳胶膜内的点图案的定向变化 - 表明一杯成功地落在另一个玻璃上面并告诉机器人放手。

“这种触觉感官对于你在人民家中看到的不确定性绝对是必要的，”Alspach说。“我们不再在受控的工厂环境中。我们的目标是对家园里的人们有所帮助，这样做我们必须建立一个带来触摸的内容的国内机器人。“

此外，机器人还能够感知和跟踪其所抓物体的旋转变化。机器人可以将杯子的底部推到厨房柜台上，从而将杯子翻转到一个更好的位置，以便将其放入洗碗机。

库普斯瓦米说:“令人惊喜的是，我们没有把所有的计算能量都投入到机器人如何接近和捡起物体上——这是盲人机器人的要求——而是快速完成实际任务。”机器人迅速抓住水槽里的任何东西。然后我们就可以关注并调整它手中发生的事情。这与工厂机器人传统上需要的缓慢过程有很大不同。”

盲目操作。大多数机器人严重依赖相机造成愿景感。这意味着需要光线来帮助创造这种感知感。技术术语是“视觉遮挡”。传统上，机器人也遇到杂乱无章地工作，在内，没有明确的视线。透明，有光泽或暗对象对于机器人来说也很难看到。

但是，由于配备有软泡夹具的机器人依赖于传感器在泡泡内部，而不是外部摄像机来识别和操作物体，它在明亮或黑暗的房间里都能工作得很好。TRI表示，这种技术适用于机器人必须伸手到杂乱的地方(比如满是杂物和/或水的水槽)，或者必须以某种方式操作，否则会挡住自己的视线的情况。

“我们并不试图替换外部视觉传感器 - 它们仍然很重要，”Alspach指出。“我们在这些系统中增加了这些系统，更有用的感官信息导致能力增加并增加了精度。”

通过自我注释培训。传统上，通过计算机视觉引导的机器人系统通过反复显示IT图像来建立所定义的类别来训练以识别对象 - 已知为监督培训的耗时过程。

例如，有人必须多次向机器人展示咖啡杯的各种照片并告诉它，“这些都是咖啡杯。”

TRI团队声称它在将机器人设置为自我注释时，通过用一种物体填充水槽并让机器人反复掌握这些物体，减少所花费的时间“一个新对象。对于每个新对象重复该识别过程，该团队希望软泡夹具学习。结果，必须设计触觉传感器以承受此类培训所需的许多循环

“通过完全切断人类，掌握数据与机器人在现实世界情况中经历的变化更好，”alspach添加了更好的匹配。

使用低成本的材料。丰田表示，其团队使用简单的制造技术和实惠的材料，使软泡夹具廉价地建造，操作，维护和维修。

“我们获得的洞察力正在找到一种方法来使廉价的相机提供可用的深度数据在极其近距离的范围内，”Alspach表示。“这就是我们如何倾斜相机，让我们最大化深度测量的质量 - 以便相机可以在柔软的乳胶泡沫上观看和识别夹持物体的”触觉“压印。”

未来的Tri探索的目标

TRI机器人研究团队的长期目标是打破传统的机器人控制器模式，适应不断变化的环境。

提高反应能力。该团队表示，他们希望在机器人身上复制实时路线修正行为。该公司正在努力实现分布式机器人传感，在这种传感方式下，信息可以在“局部”处理并作出反应，而不是在每个决定都需要参考一个中央“大脑”。这使得机器人能够更快速地执行他们的行动，而无需预先考虑。

“这更像是人类或动物的行为，”Alspach解释道。“在一瞬间，我们几乎不假思索地抓住了从桌子上掉下来或从手中滑落的东西。”

扩大柔软性。目前，只有机器人抓手是软的。但如果火星表面更多的地方是由这种物质构成的呢?
这可能为人类/机器人互动带来了很大的优势，包括在家里与儿童，宠物或可能已经有身体挑战的人工作。

Alspach说:“我们的目标是制造能够与周围世界舒适互动的机器人。”“柔软性使得机器人在家庭中的应用更加合理。更进一步，我们可以开始结合轻质材料、空气、更小的电子设备和优化设计来帮助我们减轻重量。它既柔软又轻便，还具有感知和反应能力，这有助于提高安全性。”

“这实际上是一个非常棘手的问题，”Kuppuswamy补充道​​。“从一个意义上讲，因为你正在使用前沿材料......。这不仅是加工或焊接等古典方法和材料。“

更复杂的是，任何可膨胀的东西都引入了连续动态变形的因素，这使通常的方程变得不稳定。“从数学上讲，软就是硬，”库普斯瓦米说。

出版，认可的道路上更有用的机器人

更多关于TRI软泡夹持器研究的信息可以在已发表的论文中找到。柔软的泡沫抓手有力和敏锐的操作团队的ICRA 2020还认可研究在一年一度的IEEE机器人与自动化国际会议(IEEE International Conference on Robotics and Automation)上2019年机器人与自动化快报最佳论文奖参阅另一份关于软夹钳项目的刊物。

Tri欢迎其他科学家研究机器人操纵，通过带来自己的见解和发现来建立他们的工作。激励这一合作，并进一步研究软泡泡夹具，他们主持visuotactive 2020.这是机器人科学与系统(RSS)会议上视觉-触觉技术领域的思想领袖们的一个研讨会。

该公司表示，软泡泡钳建立在操纵研究为了使人类协助机器人可靠和强大。研究人员表示，即使没有传感能力，拉伸材料或低刚度使得具有与标准软夹具相比的优越夹具。它可以符合各种形状并获得稳定的掌握。团队表示，夹具结合了强度和智能来处理需要微妙触摸和稳定的手的物体。

通过感知几何形状、摄像机图像和剪切力，机器人现在可以通过估计物体的姿态和感知表面的力来感知它们所持的物体。由于Soft Bubble Gripper在内部使用了相对便宜的摄像头，它使家庭机器人等应用程序的操作更接近现实，说三．