Es gibt eine wachsende Befürchtung, dass Roboter eines Tages unsere Jobs übernehmen könnten, aber einige Aufgaben sind ihnen willkommen – nämlich das Zusammenbauen von Flatpack-Möbeln.
Nach Jahren des Versuchens – und Scheiterns – haben Robotiker in Singapur endlich eine Maschine entwickelt, die in der Lage ist, einen IKEA-Stuhl in weniger als neun Minuten zu bauen, eine Leistung, die viel schwieriger ist, als es sich anhört. Mithilfe von 3D-Kameras, mechanischen Armen, Kraftsensoren und Algorithmen kann der Roboter den Stefan-Stuhl ohne Unterbrechung oder menschliches Eingreifen autonom zusammenbauen.
Es wurde von Assistenzprofessor Pham Quang Cuong und seinem Team an der Nanyang Technological University, Singapurs School of Mechanical and Aerospace Engineering, gebaut. In Tests verwendete der Roboter drei Open-Source-Bibliotheken als Bedienungsanleitungen, um die Teile zu identifizieren und einen Aktionsplan zusammenzustellen.
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Vor der Montage benötigte der Roboter 11 Minuten und 21 Sekunden, um die sogenannten „Bewegungspfade“ zu planen, die für die Durchführung der Aufgabe erforderlich sind, drei Sekunden, um die Teile zu lokalisieren, und acht Minuten und 55 Sekunden, um das Projekt abzuschließen.
„Für einen Roboter ist es komplexer, einen IKEA-Stuhl mit solcher Präzision zusammenzubauen, als es aussieht“, sagte Assistenzprofessor Pham. „Die Aufgabe des Zusammenbaus, die für den Menschen selbstverständlich ist, muss in verschiedene Schritte unterteilt werden, z. B. die Identifizierung der verschiedenen Teile des Stuhls, die zum Greifen der Teile erforderliche Kraft und die Sicherstellung, dass sich die Roboterarme bewegen, ohne zu kollidieren gegenseitig. Durch beträchtlichen technischen Aufwand haben wir Algorithmen entwickelt, die es dem Roboter ermöglichen, die notwendigen Schritte zum Zusammenbau des Stuhls selbst zu unternehmen.“
Dieselben Forscher arbeiten seit 2015 an der Lösung dieses speziellen Problems. Roboter sind heute aufgrund der sich wiederholenden Natur der anstehenden Arbeit in Montagelinien für komplexe, große Gegenstände wie Autos alltäglich. Sie sind nicht so gut darin, die Welt zu sehen wie wir, und sind nicht in der Lage, Vorgehensweisen für eher zufällige, einzigartige Aufgaben zu planen.
Bei den ersten Versuchen des Teams, den Stuhl zu bauen, scheiterte der Roboter, als er versuchte, die unterschiedlich großen Holzdübel in die entsprechenden Schlitze zu stecken. Es hat es schließlich geschafft, aber es war ein langsamer und langwieriger Prozess, wie Sie im Video unten sehen können.
Die Forscher bauten den Roboter so, dass er das nachahmte, was sie menschliche „Hardware“ nennen, nämlich „Augen“ dank einer 3D-Kamera, „Arme“, die sich um sechs Achsen bewegen können, und Greifer, die als Finger fungieren, um Objekte aufzunehmen. An den „Handgelenken“ des Roboters sind zusätzliche Kraftsensoren angebracht, die wissen, wie stark die „Finger“ greifen und wie stark sie Objekte in Kontakt bringen.
„Die Art und Weise, wie wir unseren Roboter gebaut haben, von den parallelen Greifern bis zu den Kraftsensoren an den Handgelenken, alle arbeiten darauf hin, Objekte so zu manipulieren, wie es Menschen tun würden“, sagte Assistenzprofessor Pham.
Es beginnt mit der Aufnahme von 3D-Fotos der auf dem Boden ausgelegten Teile, um eine „Karte“ der geschätzten Positionen der verschiedenen Teile zu erstellen. Dies soll laut dem Team die „überladene Umgebung nachbilden, nachdem Menschen ausgepackt und sich darauf vorbereitet haben, einen selbstgebauten Stuhl zusammenzubauen“.
Als nächstes plant der Roboter mithilfe von Algorithmen „eine zweihändige Bewegung, die schnell und kollisionsfrei ist“. Um sicherzustellen, dass seine Arme die Teile richtig greifen und Aufgaben wie das Einsetzen von Holzdübeln in den Rahmen ausführen können, überwachen die Handgelenkssensoren die ausgeübte Kraft.
„Wir haben gezeigt, dass Roboter autonom eine hochkomplexe Manipulationsaufgabe erfüllen können:das Zusammenbauen eines IKEA-Stuhlrahmens in einer unstrukturierten Umgebung, indem sie bestehende Entwicklungen in den Bereichen Vision, Planung und Steuerung nutzen“, erklärte das Team. „Es gibt immer noch eine wichtige Einschränkung:Obwohl alle Schritte automatisch geplant und gesteuert wurden, wurde ihre Reihenfolge durch einen erheblichen technischen Aufwand fest codiert.“
„Wir möchten mehr künstliche Intelligenz in diesen Ansatz integrieren, um den Roboter autonomer zu machen, damit er die verschiedenen Schritte zum Zusammenbau eines Stuhls durch menschliche Demonstration oder durch Lesen der Bedienungsanleitung oder sogar anhand eines Bildes des zusammengebauten Produkts lernen kann.“ Assistenzprofessor Pham hinzugefügt.
Es ist nicht der erste Roboter, der IKEA-Möbel baut – MIT-Roboter haben 2013 einen Lack-Tisch gebaut – aber er ist der erste, der etwas so Kompliziertes wie einen Stuhl zusammenbaut. Das NTU-Team glaubt, dass sein Roboter von größtem Wert sein könnte, wenn es darum geht, bestimmte Aufgaben mit Präzision in Branchen auszuführen, in denen die Aufgaben vielfältig sind und nicht für Fließbänder geeignet sind.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Science Robotics. veröffentlicht