Hardware: un exoesqueleto compartido
El hardware de SEED-UMI mantiene la misma geometría del exoesqueleto en contacto con el entorno y el mismo marco de los encoders tanto en el lado humano como en el robótico, aunque adapta las muñequeras y los soportes a cada configuración. Así, las lecturas de los encoders se convierten en una medición compartida entre configuraciones: las discrepancias bajo una misma orden permiten supervisar el mapeo residual entre órdenes y articulaciones.
Diseño del mecanismo del exoesqueleto
El exoesqueleto se ha diseñado conjuntamente con una única mano diestra totalmente actuada como plataforma objetivo. Puesto que no se busca la transferibilidad entre plataformas, las longitudes de los eslabones, los ejes articulares y los límites del rango de movimiento pueden fijarse para replicar directamente la cadena cinemática del robot. Esto permite obtener dos propiedades especialmente importantes: una correspondencia uno a uno entre las articulaciones a ambos lados del dispositivo y una geometría de contacto idéntica en las versiones que lleva la persona y el robot.
El esqueleto cuenta con una articulación de revolución por cada grado de libertad activo de la mano objetivo, con longitudes de los eslabones ajustadas a las longitudes de las falanges del robot y ejes articulares orientados de forma idéntica. Los topes mecánicos reproducen los límites del rango de movimiento del robot, de modo que las configuraciones que puede alcanzar el operador son exactamente las que puede alcanzar el robot. El exoesqueleto incorpora 20 articulaciones medidas de forma independiente en cinco dedos.
Integración de sensores
Todos los sensores están montados sobre el bastidor del exoesqueleto, de modo que cada señal se registra en el mismo marco físico, independientemente de quién lleve el dispositivo. La disposición de los sensores responde a dos objetivos:
- Capturar los canales de acción y observación necesarios para el aprendizaje posterior de políticas.
- Minimizar el desplazamiento de distribución de esos canales entre el lado humano y el robótico.
Configuración experimental
La plataforma consta de un brazo robótico RealMan RX75 y una mano diestra Wuji con cuatro grados de libertad actuados por dedo, 20 en total. Tanto la persona como el robot llevan el exoesqueleto compartido, lo que preserva la geometría exterior de contacto y la ubicación de las cámaras entre ambas configuraciones.
Una Intel RealSense T265 dorsal proporciona la pose de la muñeca en seis grados de libertad, mientras que una cámara ojo de pez ventral con un amplio campo de visión suministra las observaciones para la política. Las trayectorias de la muñeca utilizan una alineación fija entre la T265 y el punto central de la herramienta, sin corregir la trayectoria.
Limitaciones
Aunque SEED-UMI mejora la eficiencia de la recopilación de demostraciones diestras, aún persisten varias limitaciones. El sistema actual todavía no está completamente automatizado para distintas manos diestras: adaptarlo a diferentes configuraciones de eslabones, límites articulares y rangos de actuación sigue requiriendo decisiones de ingeniería sobre la geometría del exoesqueleto, los movimientos de calibración y los objetivos de regresión emparejados.
Dado que los operadores llevan puesto el exoesqueleto durante la recopilación, la comodidad de uso, el tiempo necesario para ponérselo y la facilidad de ejecución de las tareas también afectan a la manipulación prolongada y delicada. Como líneas futuras, se plantea automatizar el diseño y el mapeo entre manos, mejorar la experiencia de uso e incorporar sensores táctiles para estimar con mayor precisión los contactos.
Preguntas frecuentes
¿Para qué está diseñado SEED-UMI? SEED-UMI comparte un exoesqueleto entre una persona y un robot para facilitar demostraciones diestras uno a uno.
¿Cuántas articulaciones mide el exoesqueleto? Mide 20 articulaciones de forma independiente en cinco dedos.
¿Por qué están adaptados mecánicamente los exoesqueletos del lado humano y del robótico? La coincidencia de su geometría de contacto, el marco de los encoders, la correspondencia articular y la ubicación de las cámaras minimiza el desplazamiento de distribución entre configuraciones.
¿Cuáles son las principales limitaciones del sistema actual? Las distintas manos diestras aún requieren trabajo de ingeniería para definir la geometría del exoesqueleto, la calibración y los objetivos de regresión, mientras que la comodidad de uso afecta a la manipulación prolongada y delicada.