核材料装卸和检验

概况：

德克萨斯大学奥斯汀分校的核机器人小组的任务是由能源部开发一个自动系统，用于核材料的回收和处理以及污染事件的检查。早在2015年研究小组求助于ClearPath的机器人集成专家，他们帮助在Husky平台上安装了两个UR5机械臂，创造了一个独特的工业级双臂系统命名为“VaultBot”。这个机器人将有助于推动该团队的研究朝着最终目标展开，即部署拯救生命的自主机器人。

“VaultBot” Mobile Manipulator

VaultBot主要包括一个四轮滑移式Clearpath Husky移动基础平台，其上有两个安装在定制隔板上的6自由度Universal Robotics“ UR5”机械手。Husky底座提供了一个宽而稳定的占地面积，该坚固的底座足以支撑双臂及其控制箱，而底座上没有任何倾翻，摆动或其他形式的运动。同样，四个轮子提供了额外的牵引力和多余的接触点，有助于在松散的土壤和/或碎屑上导航，并最大程度地减少了机器人卡住的机会。这些车轮使用差速转向系统驱动，以最大程度地减少机械复杂性并最大化耐用性和负载能力。

 在VaultBot启动时，多达21个这样的节点会自动运行，控制并与系统连接和接口，例如板载IMU，用于远程操作的操纵杆控制器和SICK LIDAR LMS511测距仪，并执行诸如诊断管理和数据过滤之类的任务。

核工业与应用机器人集团是在德克萨斯大学奥斯汀分校的跨学科研究小组。使命：在危险环境中开发和部署先进的机器人技术，以最大程度地降低操作人员的风险。研究人员完成了严格的跨学科课程，以了解在核或其他相关领域中部署系统的要求。科克雷尔工程学院及其教职员工的深度和素质确保他们具备开发各种应用领域（例如辐射，太空，战场，医学，石油勘探等）的资格。

VaultBot ROS节点布局示例

该系统基于ROS，ROS的最有益方面之一是其节点/主题结构与开源任务结合时的模块化特性。这意味着，如果研究人员或行业合作伙伴引入新的硬件，或与现有硬件进行交互或利用的新方法，则他们编写的软件可以轻松捆绑到ROS节点或一系列称为“包”的节点中 。然后，ROS社区中有需要的任何人都可以使用此软件包。甚至可以将高级决策或人工智能架构作为ROS软件包共享，以供更大范围的社区使用。

有关该项目更多信息可以参考：https://robotics.me.utexas.edu/

为安全回收核废料“敞开大门”

在搭建好VaultBot 平台后，该团队又做了一系列的研究工作，2018年德克萨斯大学为安全回收核废料“敞开大门”。由Andy Zelenak（博士后）和Mitchell Pryor（研究科学家）代表的小组正在使用VaultBot（基于Husky的移动操纵平台，用于处理核废料和其他对人体有害的材料）来实现这一目标。

VaultBot项目的主要重点是移动操作。该机器人擅长于接触任务，例如转动阀门，按钮，关闭高压开关和打开门。该机器人最初旨在从洛斯阿拉莫斯国家实验室的保险库中取回核材料。保险库中的辐射剂量率还不足以立即伤害人类，但是即使超过几个小时，对于人类来说，超过年度剂量限值仍可能是个问题。

点击观看视频：该视频说明了在ROS中使用实时慢放来打开一扇门的过程

VaultBot的Husky底盘配备了双UR5机械手和RealSense D435深度摄像头。在技术流程方面，VaultBot执行SLAM（同时进行本地化和映射）和任务计划，但是其首要任务是操纵。该小组一直在研究ROS中操纵器的实时，无功控制，这在涉及环境接触时非常重要。

Zelenak说：“我们正在努力推动ROS的发展，使拥有ROS机器人的任何人都可以执行看似简单的事情，例如开门”。“几年前，只有DARPA机器人挑战赛中非常庞大，资金充足的团队才能处理这些联系任务。几年后，我预计世界各地数十个小组将能够做到这一点。” 该项目中使用的大多数软件都是开源的，可以在此处找到。

当然，该项目涉及许多挑战。尽管在洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）部署机器人的许多问题与安全相关，而与机器人相关的问题（例如，与无线通信和摄像头有关的限制）更多地与安全有关，但仍存在一些技术挑战。旋转阀的动作对人类来说很容易，但是对于机器人来说仍然非常困难。需要做的很多事情。团队面临的一些挑战是：

在空间中找到目标并规划到达目标的路径；

计算可以达到目标的基本位置；

实时可视化手臂的触及范围；

确保手臂的运动计划良好；

处理不确定性，尤其是在与环境接触后。大型系统可以迅速建立！

开发改进的监督控制技术来处理复杂的环境，任务和改进的错误恢复。机器人的功能得到了快速改进，状态机不再适用。

改进的人机界面，适用于各种自主级别，从纯远程操作到大型自主系统的监视。

Clearpath通过证明可靠的支持ROS的移动机器人平台来帮助应对这些挑战。Zelenak表示：“可靠性对我们来说很重要。修复其他机器人上的硬件故障会占用大量时间，我们宁愿花费大量时间进行研究。他补充说：“我相信VaultBot是Clearpath出售的第一台双臂哈Husky，Clearpath与大学合作完成系统设计并满足我们的要求。我们喜欢这样的事实：UR5机械臂是工业级的，并且机器人的所有部件都可以轻松地与ROS交互。”

通过该项目，该集团与一家国际公司建立了新的行业合作伙伴关系，该公司正在迅速开发强大的移动操作功能。该公司正在研究如何将Clearpath平台用于其设施的远程检查和维护。

核工业与应用机器人技术小组和VaultBot都非常有名。该小组在2018年WM研讨会上发表的论文被选为优秀论文。该团队还被选中参加2018年Sprint机器人技术大会的检查和维护机器人大会。过去一年中，另外三本出版物包括：

1.Valner, R., Kruusamae, K., and Pryor, M., “TeMoto: Intuitive multi-range telerobotic system with natural gestural and verbal instruction interface,” Robotics, 7(1):9 (21 pages), February 2018. (featured cover article)

2.Vunder, V., Valner, R., McMahon, C., Kruusamae, K, and Pryor, M., “Improved situational awareness in ROS using panospheric vision and virtual reality,” The 11th IEEE International Conference on Human System Interaction, Gdansk, Poland, July 2018.

3.Valner, R., Vunder, V., Zelenak, A., Pryor, M., Aabloo, A., and Kruusamae, K., “Intuitive ‘human-on-the-loop’ interface for tele-operating remote mobile manipulator robots,” International symposium on artificial intelligence, robotics, and automation in space (i-SAIRAS), Madrid, Spain, June 2018.

该团队正在为ICRA2019（International Conference on Robotics and Automation）准备多篇论文，其中一篇文章探讨了ROS中操纵器的实时控制以及如何帮助完成诸如开门之类的任务。