O sistema de tênis de mesa robótica prevê a trajetória de bola e os adaptados balançam em tempo real

Nas últimas décadas, os roboticistas introduziram vários sistemas que podem replicar movimentos e comportamentos humanos específicos com notável precisão. Alguns desses robôs podem até competir com outros robôs ou humanos em esportes específicos, como os robôs exibidos no Robocup, um evento de robótica internacional no qual os robôs jogam futebol entre si.

Pesquisadores do Laboratório de Robótica Biomimética do Instituto de Tecnologia (MIT), do Massachusetts, introduziram recentemente uma nova plataforma de tênis de mesa robótica que pode acertar com sucesso e rapidamente bolas com uma raquete de tênis de mesa. Sua plataforma, descrita em um artigo publicado no arxiv O servidor de pré -impressão pode reproduzir vários estilos de hit de tênis de tabela e girar a bola em diferentes direções com alta precisão.

“O Laboratório de Robótica Biomimética do MIT sempre se esforçou para criar sistemas robóticos performáticos inovando no hardware e no controle, como visto com a mini-Cheetah”, disse Kendrick Canso, co-autor do artigo, ao Tech Xplore.

“Tivemos a oportunidade de criar esse sistema de tênis de mesa em nome do Instituto Robótico e da IA ​​como uma plataforma para explorar a manipulação dinâmica com o objetivo final de alcançar a paridade humana na tênis de mesa em uma plataforma antropomórfica dinâmica”.

O Laboratório de Robótica Biomimética realiza pesquisas com foco em duas áreas primárias do controle do robô: locomoção de pernas dinâmicas (ou seja, o movimento flexível dos robôs pernas) e a rápida manipulação de objetos. Essas duas áreas da pesquisa robótica vêm com seus próprios desafios únicos.

Quando se trata de locomoção de robôs pernas, um desafio importante é lidar efetivamente com distúrbios no ambiente, enquanto a manipulação bem -sucedida de objetos implica executar com precisão as manobras desejadas.

“O tênis de mesa obscurece as linhas entre esses problemas de controle com adaptividade e precisão necessárias à medida que mais informações sobre uma bola de entrada se tornam disponível”, disse David Nguyen, co-autor do artigo, à Tech Xplore. “Isso o torna um problema de controle muito exclusivo que achamos que podemos sair do parque com nosso hardware de robótica personalizado”.

A nova plataforma desenvolvida por Nguyen, Canso e Sangbae Kim consiste em um braço robótico e um algoritmo de controle. O algoritmo pode prever o caminho de uma bola de entrada e planejar as ações que o braço deve executar ao balançar a raquete para bater na bola, além de atender às condições de ataque especificadas.

“Mesmo enquanto balançava, o caminho que o braço segue é atualizado dinamicamente para garantir que a raquete alcance a bola no local, velocidade e orientação certas”, explicou Nguyen.

“Descobrimos que o planejamento para todo o balanço, em vez de apenas as ações futuras, era mais confiável, mas requer manobras mais agressivas do nosso braço. Essa é uma vantagem única de nosso trabalho, pois podemos ultrapassar os limites de nosso hardware personalizado muito mais do que um sistema pronta para uso”.

Os sistemas robóticos desenvolvidos pelos pesquisadores possuem dois componentes primários, referidos como módulos de percepção e atuação. O módulo de percepção consiste em um sistema de rastreamento de movimento no meio do prateleira, que pode localizar as bolas de tênis de mesa personalizadas desenvolvidas pelos pesquisadores.

“Prevemos a trajetória da bola para obter um local de greve antecipado e tempo de ataque”, explicou Cancio.

“Ao mesmo tempo, temos um problema de otimização não linear que usa esses valores, juntamente com as informações sobre como gostaríamos de acertar a bola para gerar uma trajetória de balanço para o braço. Nosso modelo controlador preditivo resolve continuamente para esta trajetória de braço e permite que o braço reaja à medida que recebemos posições atualizadas da bola”.

O braço robótico integrado na plataforma de tênis de mesa da equipe é uma versão personalizada de um braço humanóide desenvolvido no MIT. Este braço possui inércia de alta e baixa torque e baixa, duas características que permitem que ele não apenas balance rapidamente, mas também reaja rapidamente e adapte suas trajetórias se as previsões iniciais sobre a trajetória de uma bola estiverem erradas.

“Demonstramos a capacidade de adaptar uma trajetória para cumprir com precisão um objeto dinâmico”, disse Nguyen. “Embora o tênis de mesa não salve vidas, esse tipo de controle pode ser usado em situações difíceis de busca e resgate, onde um robô mais geral como um humanóide pode precisar interceptar um objeto”.

Nguyen, Canso e Kim avaliaram sua plataforma de tênis de mesa robótica em uma série de experimentos do mundo real e descobriram que ele teve um desempenho notavelmente bem. Nesses testes iniciais, o braço robótico atingiu bolas de entrada com uma taxa de sucesso de 88% e uma velocidade média de saída de 11 m/s, após três estilos de batida distintos.

“No momento, a robótica geralmente é dividida entre as abordagens baseadas em modelo e as abordagens de aprendizado de reforço, com alguns esperando que este último seja a ferramenta de captura em um futuro próximo”, disse Cancio. “Mostramos que a otimização baseada em restrições ainda tem um lugar para sistemas de desempenho e esperamos aproveitar os benefícios de cada um quando apropriado”.

O novo sistema desenvolvido por essa equipe de pesquisadores poderá inspirar em breve outros roboticistas a desenvolver plataformas de tênis de mesa automatizadas semelhantes. Além disso, Nguyen, Canso e Kim esperam aplicar o algoritmo de hardware e controle que eles desenvolveram em outras tarefas de manipulação dinâmica.

“Desde que enviamos o artigo em setembro, fizemos muito para melhorar as capacidades do sistema”, acrescentou Nguyen. “Nomeadamente, agora podemos buscar locais específicos na mesa e planejar toda a trajetória e entrar em contato entre a bola e a raquete”.

Como parte de seus estudos futuros, os pesquisadores planejam aprimorar ainda mais as capacidades da plataforma robótica de tênis de mesa. Ao ampliar o espaço de trabalho do MIT Humanoid Arm usando um pórtico (ou seja, uma estrutura que suporta o braço), por exemplo, eles poderiam permitir que ele jogue jogos inteiros de tênis de mesa contra usuários humanos.

“Nosso objetivo é continuar pressionando o desempenho do nosso sistema, expandindo a área de trabalho usando um pórtico e aumentando significativamente nossas velocidades de saída da bola”, acrescentou Cancio.

“Também gostaríamos de avançar em direção ao rastreamento de bolas de tênis de mesa padrão para fazer melhores comparações contra seres humanos e outros sistemas robóticos”.

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