O robô de pingue-pongue retorna fotos com precisão de alta velocidade

Os engenheiros do MIT estão entrando no jogo robótico de pingue-pongue com um design poderoso e leve que retorna fotos com precisão de alta velocidade.

O novo bot de tênis de tabela inclui um braço robótico multipostado que é fixado em uma extremidade de uma mesa de pingue -pongue e empunha uma raquete padrão de pingue -pongue. Ajudado por várias câmeras de alta velocidade e um sistema de controle preditivo de alta largura de banda, o robô estima rapidamente a velocidade e a trajetória de uma bola de entrada e executa um dos vários tipos de balanço-loop, acionamento ou pique-para atingir com precisão a bola em um local desejado na tabela com vários tipos de spin.

Nos testes, os engenheiros jogaram 150 bolas no robô, uma após a outra, do outro lado da mesa de pingue -pongue. O bot retornou com sucesso as bolas com uma taxa de acerto de cerca de 88% nos três tipos de balanço. A velocidade de ataque do robô se aproxima das maiores velocidades de retorno dos jogadores humanos e é mais rápida que a de outros designs de tênis de mesa robótica.

Agora, a equipe está procurando aumentar o Robot Radius, para que possa retornar uma variedade maior de tiros. Em seguida, eles imaginam que a configuração pode ser um concorrente viável no crescente campo de sistemas de treinamento robótico inteligentes.

Além do jogo, a equipe diz que a tecnologia de tênis de mesa pode ser adaptada para melhorar a velocidade e a capacidade de resposta dos robôs humanóides, principalmente para cenários de busca e precisão, e situações em que um robô precisaria reagir ou antecipar rapidamente.

“Os problemas que estamos resolvendo, especificamente relacionados à interceptação de objetos de maneira rápida e precisamente, podem ser potencialmente úteis em cenários em que um robô precisa realizar manobras dinâmicas e planejar onde seu efetor final cumprirá um objeto, em tempo real”, diz o estudante de pós-graduação do MIT, David Nguyen.

Nguyen é co-autor do novo estudo, juntamente com o estudante de pós-graduação do MIT, Kendrick Canso, e Sangbae Kim, professor associado de engenharia mecânica e chefe do MIT Biomimetics Robotics Lab. Os pesquisadores apresentarão os resultados desses experimentos em um artigo na Conferência Internacional do IEEE sobre robótica e automação (ICRA) este mês.

As descobertas são publicadas no arxiv servidor pré -impressão.

Jogo preciso

Construir robôs para jogar Ping Pong é um desafio que os pesquisadores adotaram desde os anos 80. O problema requer uma combinação única de tecnologias, incluindo visão de máquina de alta velocidade, motores e atuadores rápidos e ágeis, controle preciso do manipulador e previsão precisa e em tempo real, bem como planejamento de nível superior da estratégia de jogo.

“Se você pensa no espectro de problemas de controle na robótica, temos – uma ponta – manipulação, que geralmente é lenta e muito precisa, como pegar um objeto e garantir que você o compreenda bem. No outro lado, você tem locomoção, que é ser dinâmico e adaptar a perturbações em seu sistema”, explica a Nguyen. “Pingue -pongue fica entre eles. Você ainda está fazendo manipulação, pois precisa ser preciso ao bater na bola, mas precisa atingi -la em 300 milissegundos. Portanto, equilibra problemas semelhantes de locomoção dinâmica e manipulação precisa”.

Os robôs de ping pong percorreram um longo caminho desde a década de 1980, mais recentemente com os designs da Omron e o Google DeepMind, que empregam técnicas de inteligência artificial para “aprender” com dados anteriores de pingue -pongue, para melhorar o desempenho de um robô contra uma variedade crescente de golpes e tiros. Esses projetos demonstraram ser rápidos e precisos o suficiente para se reunir com jogadores humanos intermediários.

“São robôs realmente especializados projetados para tocar pingue -pongue”, diz Cacio. “Com o nosso robô, estamos explorando como as técnicas usadas no jogo de pingue -pongue podem se traduzir em um sistema mais generalizado, como um robô humanóide ou antropomórfico que pode fazer muitas coisas úteis diferentes”.

Controle de jogo

Para seu novo design, os pesquisadores modificaram um braço robótico leve e de alta potência que o laboratório de Kim desenvolveu como parte do MIT Humanóide-um robô bípede de dois braços, do tamanho de uma criança pequena. O grupo está usando o robô para testar várias manobras dinâmicas, incluindo navegar e terrenos irregulares e variados, além de pular, correr e fazer votos de volta, com o objetivo de um dia implantar esses robôs para operações de pesquisa e resgate.

Cada um dos braços do humanóide possui quatro articulações, ou graus de liberdade, que são controlados por um motor elétrico. Canso, Nguyen e Kim construíram um braço robótico semelhante, que eles adaptaram para Ping Pong, adicionando um grau adicional de liberdade no pulso para permitir o controle de uma raquete.

A equipe fixou o braço robótico em uma mesa em uma extremidade de uma mesa padrão de pingue-pongue e montou câmeras de captura de movimento de alta velocidade ao redor da mesa para rastrear bolas que são saltadas no robô. Eles também desenvolveram algoritmos ideais de controle que prevêem, com base nos princípios da matemática e da física, que velocidade e orientação da remo o braço deve ser executado para acertar uma bola de entrada com um tipo específico de giro: loop (ou topspin), unidade (reto) ou chop (backspin).

Eles implementaram os algoritmos usando três computadores que processavam imagens da câmera simultaneamente, estimaram o estado em tempo real de uma bola e traduziram essas estimativas para comandos para os motores do robô reagirem rapidamente e seguirem um balanço.

Depois de saltar consecutivamente 150 bolas no braço, eles encontraram a taxa de acerto do robô, ou a precisão do retorno da bola, foi praticamente o mesmo para todos os três tipos de balanços: 88,4% para ataques de loop, 89,2% para costeletas e 87,5% para unidades. Desde então, eles sintonizaram o tempo de reação do robô e encontraram o braço atinge as bolas mais rapidamente do que os sistemas existentes, em velocidades de 20 metros por segundo.

Em seu artigo, a equipe relata que a velocidade de ataque do robô, ou a velocidade com que a raquete atinge a bola, está em média 11 metros por segundo. Sabe -se que jogadores humanos avançados retornam bolas a velocidades entre 21 a 25 metros por segundo. Desde a redação dos resultados de seus experimentos iniciais, os pesquisadores ajustaram ainda mais o sistema e registraram velocidades de ataque de até 19 metros por segundo (cerca de 42 milhas por hora).

“Parte do objetivo deste projeto é dizer que podemos atingir o mesmo nível de atletismo que as pessoas”, diz Nguyen. “E em termos de velocidade de ataque, estamos ficando muito, muito perto”.

Seu trabalho de acompanhamento também permitiu ao robô buscar. A equipe incorporou algoritmos de controle no sistema que prevê não apenas como, mas onde acertar uma bola de entrada. Com sua iteração mais recente, os pesquisadores podem definir um local de destino na mesa, e o robô acertará uma bola no mesmo local.

Por ser fixo à mesa, o robô tem mobilidade e alcance limitados e pode retornar principalmente bolas que chegam dentro de uma área em forma de crescente ao redor da linha média da mesa. No futuro, os engenheiros planejam montar o bot em uma plataforma de pórtico ou com rodas, permitindo cobrir mais da mesa e retornar uma variedade maior de fotos.

“Uma grande coisa sobre o tênis de mesa é prever a rotação e a trajetória da bola, dado que seu oponente o atinge, que é a informação que um lançador automático de bola não lhe dará”, diz Cacio. “Um robô como esse poderia imitar as manobras que um oponente faria em um ambiente de jogo, de uma maneira que ajude os humanos a jogar e melhorar”.

Esta história é republicada, cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que abrange notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.