麻省理工学院开发带有柔软敏感手指的机械手能够以前所未有的灵活性处理电缆。

对于人类而言，操纵细小的柔性物体（例如，绳索，电线或电缆）可能具有挑战性。但是，如果这些问题对人类来说很难解决，那么对于机器人来说几乎是不可能的。当电缆在手指之间滑动时，其形状会不断变化，并且机器人的手指必须不断地感应和调整电缆的位置和运动。

标准方法使用了一系列缓慢和增量的变形以及机械固定装置来完成工作。最近，来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）和麻省理工学院机械工程系的一组研究人员从另一个角度出发，以更接近我们人类的方式进行了这项研究。该团队的新系统使用了一对带有高分辨率触觉传感器（无附加机械约束）的软机器人抓手，以成功操纵自由移动的电缆。

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可以想象使用这样的系统来完成工业和家庭任务，有一天，机器人可以帮助我们打结，打线，甚至进行外科手术缝合。

团队的第一步是制造一种新颖的两指夹爪。相对的手指轻巧且移动迅速，可以灵活，实时地调整力和位置。手指尖上是基于视觉的“ GelSight”传感器，该传感器由软橡胶制成，并带有嵌入式摄像头。抓爪安装在机械臂上，该机械臂可以作为控制系统的一部分移动。

团队的第二步是创建感知和控制框架以允许操纵电缆。为了感知，他们使用GelSight传感器估计手指之间的电缆姿势，并测量电缆滑动时的摩擦力。两个控制器并行运行：一个控制器调节抓地力，另一个控制器调节抓手姿势以将电缆保持在夹爪内。

当安装在手臂上时，夹爪可以可靠地跟随USB电缆，从随机抓握位置开始。然后，结合第二个夹具，机器人可以（像人类一样）“手动”移动电缆，以找到电缆的末端。它也可以适应不同材料和厚度的电缆。

作为其实力的进一步演示，该机器人执行了人类在将耳塞插入手机中时通常执行的动作。从自由浮动的耳塞式电缆开始，机器人可以在其手指之间滑动电缆，在感觉到插头碰到手指时停止，调整插头的姿势，最后将插头插入插孔。

“操纵软物体在我们的日常生活中非常普遍，例如电缆操纵，布料折叠和打结”，麻省理工学院的博士后和该系统的新论文的主要作者说。“在许多情况下，我们希望机器人帮助人类完成这类工作，尤其是当任务重复，乏味或不安全时。”

电缆跟随

电缆跟随具有挑战性，原因有二。首先，它需要控制“抓紧力”（使滑动平稳）和“抓紧姿势”（以防止电缆从抓手的手指上掉下）。

在连续操作期间，很难从常规视觉系统中捕获此信息，因为该信息通常被遮挡，解释昂贵且有时不准确。

而且，仅视觉传感器无法直接观察到此信息，因此该团队使用了触觉传感器。抓手的关节也很灵活可以保护它们免受潜在冲击。

该算法还可以推广到具有各种物理特性（例如材料，刚度和直径）的不同电缆，也可以推广到不同速度的电缆。

当比较应用于团队抓爪的不同控制器时，他们的控制策略可以将电缆保持在手的距离比其他三个更长。例如，“开环”控制器仅遵循总长度的36％，抓手在弯曲时很容易丢失电缆，并且需要多次重新抓紧才能完成任务。

展望未来

研究小组发现，由于GelSight传感器的凸面，很难在电缆到达手指边缘时将电缆向后拉。因此，他们希望改善手指传感器的形状，以提高整体性能。

将来，他们计划研究更复杂的电缆操纵任务，例如电缆布线和通过障碍物插入电缆，并且他们最终希望探索汽车行业中的自主电缆操纵任务。

Yu She与麻省理工学院的博士生王绍雄，董思远和Neha Sunil一起写了这篇论文。麻省理工学院机械工程副教授Alberto Rodriguez；麻省理工学院的脑与认知科学系的约翰和多萝西·威尔逊教授爱德华·阿德尔森（Edward Adelson）。

这项工作得到了亚马逊研究奖，丰田研究所和海军研究办公室的支持。

参考文献：

She Y, Wang S, Dong S, et al. Cable Manipulation with a Tactile-Reactive Gripper[J]. arXiv preprint arXiv:1910.02860, 2019.