不器用なものを作るのは危険ですが、MIT のロボットがあなたを救ってくれます

Aug 21, 2023

すべての家具がオーダーメイドだった頃のことを覚えていますか? ええ、私もです。 最近では、大量生産による手頃な価格がすべてです。 私は誰よりもモダニズムのスカンジナビアデザインと安物のミートボールのファンですが、大量生産された家具は定義上妥協です。それは誰にとってもある程度大丈夫であり、それは決して自分の欲しいものとまったく同じではないことを意味します。 しかし、自分の空間やスタイルにぴったりのオーダーメイド家具は、製作にかなりの技術と設備が必要となるため、高価になります。

おそらくケンブリッジの高すぎるアパートや小さすぎるアパートに家具を購入しようとしている研究者が住んでいると思われる MIT のコンピューターサイエンスおよび人工知能研究所では、研究者たちが家具の問題全体を (ほぼ) 解決する AutoSaw と呼ばれるシステムを開発しました。 AutoSaw は、新しい家具を選択し、希望の形状とサイズにカスタマイズして、ロボットのチームで正確な仕様に合わせて組み立てるのに役立ちます。

ユーザーは、家具の応力分布 (中央) と弾性変形 (下) も表示されるインターフェース (上段) を使用して家具を設計します。画像: MIT CSAIL

AutoSaw は 4 つのステージで構成されます。 1 つ目は、特別なデザイン アプリケーションを使用して家具のテンプレートを作成することです。 研究者らは、このステップは、利用可能な材料と技術で製造および組み立てが可能な設計を考え出す必要があるため、実際に大工仕事についてある程度の知識を持っている人間の専門家に任せるのが最善であると述べています。

テンプレートを入手したら、実際に少しいじってみましょう。 AutoSaw には、脚の長さや間隔、テーブルの上面のサイズや形状などのパラメータを調整するためのスライダーを備えたユーザーフレンドリーなインターフェイスが含まれています。 椅子や物置のテンプレートのパラメータをいじることもできます。さらに野心的な場合は、屋外のデッキも作成できます。 希望どおりの設計が完了したら、すべてが最終決定される前に、AutoSaw が応力分布と弾性変形をシミュレーションします。

ステップ 3 はロボットの出番です。電動工具を使用します。 事故を起こしやすい消費者であるあなたは、後ずさりするだけで済みます。

ダニエラ・ラス教授率いるMIT分散ロボティクス研究室の研究者チームは、近日公開予定の論文でAutoSawの仕組みを次のように説明している。

2 つのロボット システムを使用して、チョップソーとジグソーのプロセスを自動化しました。 ジグソープロセスは、以前に開発されたロボットジグソーを使用して自動化されました。 このジグソーロボットはルンバクリエイトを改造し、中央にジグソーを設置したものです。 状態推定には Vicon 測位システムを使用し、以前に開発された MPC と計画アルゴリズムを使用してカットを実行します。

チョップソーのプロセスを自動化するには、複数のロボットが必要です。 2 人の Kuka Youbot が木材を持ち上げてチョップソーの上に置きます。 各 Youbot には特別な苦情グリッパーが装備されていました。 グリッパーを使用すると、ロボットが材料をクランプし、材料をある方向に沿って駆動し、木材の長軸に対して垂直に動くことができます。 木材をグリッパーに置くと、木材に垂直でグリッパーに平行な力により、グリッパーのグリップが移動する可能性があります。 チョップソーは 120V ラインにリレーを接続することで自動化され、リニアアクチュエーターがソーに取り付けられます。

この時点での AutoSaw の出力は部品の山ですが、組み立てる前にまだ少し作業が必要です。 このシステムにはドリルが含まれていないため、ペグと穴の接続には手動のステップが含まれており、研究者らは最終的には自動化したいと考えている。 他にもいくつかの制約について言及する必要があります。ジグソー ロボットは発泡体しか切断できません (ただし、合板を扱えるようにアップグレードされています)。また、youBot は 1x2 よりもはるかに大きな材木を持ち上げるほど十分な力がありません。または1x3。

AutoSaw は、元のテンプレートでの接続ポイントの定義方法に基づいて、組み立て手順 (ステップバイステップのビジュアル図を含む) を自動的に生成します。 システムは組み立てプロセス中にあなたを叱責することはないので、やや非現実的ですが、いずれにしても通常は友人や家族に頼ることができます。

さらなる詳細については、共同主著者であり、MIT CSAIL の博士研究員である Jeffrey Lipton が、いくつかの質問に電子メールで回答してくれました。

IEEE Spectrum: なぜ専門家がこのプロセスに参加する必要があるのですか? 家具テンプレートのデザインをどうにか自動化できないものでしょうか？

ジェフリー・リプトン : ソフトウェアに単に「テーブルを作成してください」と言うのは、現時点ではあまりにも難しいことです。 コンテキストが不明確です。 私たちが作るのはコーヒーテーブルでしょうか、それともダイニングルームのテーブルでしょうか、それともエンドテーブルでしょうか? どのようなスタイルですか? あなたの個人的な好き嫌いは何ですか? どこにあるのでしょうか？ その周りには何がありますか？ 当社では、考えられるすべてのテーブル デザインのスペースを解析して、素人でも簡単に探索できるものにするために、専門のデザイナーを起用してテンプレートを作成しています。

どのような状況で、シミュレーション ステップで、設計パラメータに戻って変更する必要がある情報が得られるでしょうか?

デッキの例を見てみましょう。 シミュレーションを見ると、追加のパイロンを建設する必要があることがわかります。パイロンなしでは甲板上で十分な人数をサポートすることができません。

移動式ロボット鋸ではなく、固定式チョップソーと 2 台の移動式ロボットを使用することにしたのはなぜですか?

現在、ロボットアームの先端にのこぎりを支える産業機械があります。 しかし、これほど大きな質量を長い運動連鎖で支えると、ロボットが重くなり、高価になります。 代わりに、私たちは人間の大工からインスピレーションを得ました。 人間は腕を伸ばして丸鋸を差し出して切断するわけではありません。 長い運動チェーンを使用するのではなく、電動工具上のローカル参照点を使用して、正確な切断を実現します。 同じ技術を使用することで、はるかに小型軽量の移動ロボットを使用することができます。

2013 年に IkeaBot が家具を組み立てているのを見ました。この時点で、人間の介入なしに原材料から組み立てられた家具まで作るには何が必要でしょうか?

人間を使わずにエンドツーエンドの生産を行うことは、必ずしも私たちの目標ではありません。 現在、私たちは鋸刃のような潜在的に危険なアイテムに人間の手を近づけないようにすることに重点を置いています。 モバイルロボットプラットフォームの活用にはまだ長い道のりがあります。 ツール、特にドリルを追加する必要があります (パーツを組み立てられるようにするため)。 また、ロボットがネジ付きインサートなどのハードウェアの一部を取り付けられるようにする必要もあります。 サンディングとペイントもまだシステムに統合されていません。

あなたは「大工アイテムの大量カスタマイズを可能にする」ことに取り組んでいると言いました。 将来のビジョンは何ですか?

将来的には、消費者は自宅で固定数のさまざまな種類の家具に依存する必要がなくなると私たちは想像しています。 ニューヨーク市の狭いアパートに住んでいる場合、従来の形状の家具がその場所に収まるかどうかを心配する必要はありません。椅子、ソファ、テーブルの正確なサイズと形状をカスタマイズできます。あなたにとって何が役立つかに基づいて。