Es ist gefährlich, wenn man Dinge baut, die man tölpelt, aber die Roboter des MIT werden Sie retten

Aug 21, 2023

Erinnern Sie sich noch an die Zeit, als alle Möbel maßgefertigt wurden? Ja, ich auch nicht. Heutzutage dreht sich alles um Erschwinglichkeit durch Massenproduktion. Ich bin genauso ein Fan von modernistischem skandinavischen Design und billigen Fleischbällchen wie jeder andere, aber massenproduzierte Möbel sind per Definition ein Kompromiss: Sie sind für jeden einigermaßen in Ordnung, was bedeutet, dass sie nie genau das sind, was man will. Aber maßgefertigte Möbel, die perfekt zu Ihrem Raum und Stil passen, sind teuer, da für die Herstellung ein erhebliches Maß an Geschick und Ausrüstung erforderlich ist.

Im Labor für Informatik und künstliche Intelligenz des MIT, in dem sich vermutlich Forscher aufhalten, die sich die Einrichtung ihrer überteuerten und zu kleinen Wohnungen in Cambridge leisten wollen, haben Forscher ein System namens AutoSaw entwickelt, das (fast) das gesamte Möbelproblem löst. AutoSaw kann Ihnen dabei helfen, ein neues Möbelstück auszuwählen, es an die gewünschte Form und Größe anzupassen und es dann mit einem Team von Robotern genau nach Ihren Vorgaben zu bauen.

Benutzer entwerfen ihre Möbel über eine Schnittstelle (obere Reihe), die auch die Spannungsverteilung auf den Teilen (Mitte) und ihre elastischen Verformungen (unten) anzeigt.Bild: MIT CSAIL

AutoSaw besteht aus vier Stufen. Die erste besteht darin, mithilfe einer speziellen Designanwendung Möbelvorlagen zu erstellen. Die Forscher sagen, dass dieser Schritt am besten menschlichen Experten überlassen werden sollte, die tatsächlich ein oder zwei Dinge über Tischlerei verstehen, da es darum geht, Entwürfe zu entwickeln, die mit den verfügbaren Materialien und Techniken hergestellt und zusammengebaut werden können.

Sobald Sie die Vorlagen haben, können Sie ein wenig damit experimentieren. AutoSaw verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche mit Schiebereglern zum Anpassen von Parametern wie Beinlänge und -abstand sowie Größe und Form der Tischoberfläche. Sie können auch mit Parametern für Vorlagen für Stühle und Schuppen experimentieren, und wenn Sie sehr ehrgeizig sind, sogar für eine Außenterrasse. Wenn Sie das Design so haben, wie Sie es möchten, simuliert AutoSaw für Sie die Spannungsverteilung und die elastische Verformung, bevor alles finalisiert wird.

Im dritten Schritt kommen die Roboter ins Spiel. Mit Elektrowerkzeugen. Jetzt müssen Sie als unfallgefährdeter Verbraucher nur noch zurückhalten!

So erklären die Forscher, ein Team des Distributed Robotics Lab des MIT unter der Leitung von Professor Daniela Rus, in einem bevorstehenden Artikel, wie AutoSaw funktioniert:

Zur Automatisierung der Kapp- und Stichsägeprozesse haben wir zwei Robotersysteme eingesetzt. Der Stichsägevorgang wurde mithilfe einer zuvor entwickelten Roboter-Stichsäge automatisiert. Dieser Puzzle-Roboter ist ein modifizierter Roomba Create mit einer in der Mitte installierten Puzzle. Es verwendet ein Vicon-Positionierungssystem zur Zustandsschätzung und einen zuvor entwickelten MPC- und Planungsalgorithmus zur Durchführung der Schnitte.

Für die Automatisierung des Kappsägeprozesses sind mehrere Roboter erforderlich. Zwei Kuka Youbots heben Holz und legen es auf die Kappsäge. Jeder Youbot war mit speziellen Reklamationsgreifern ausgestattet. Mit den Greifern können die Roboter das Material festklemmen, das Material entlang einer Richtung bewegen und senkrecht zur Hauptachse des Holzes bewegen. Wenn Holz in den Greifer gelegt wird, kann eine Kraft senkrecht zum Holz und parallel zum Greifer dazu führen, dass der Greifer seinen Griff verlagert. Die Kappsäge wird automatisiert, indem ein Relais an die 120-V-Leitung angeschlossen wird und ein Linearantrieb an der Säge angebracht wird.

Das Ergebnis von AutoSaw ist zu diesem Zeitpunkt ein Haufen Teile, die noch ein wenig Arbeit erfordern, bevor sie zusammengebaut werden können. Das System beinhaltet keine Bohrer, daher erforderten die Stift-Loch-Verbindungen einen manuellen Schritt, den die Forscher irgendwann automatisieren wollen. Wir sollten auch ein paar andere Einschränkungen erwähnen: Der Puzzle-Roboter kann nur Schaumstoffe durchschneiden (obwohl er ein Upgrade erhält, um Sperrholz verarbeiten zu können), und die youBots sind nicht stark genug, um Holzstücke zu heben, die viel größer als 1x2 sind oder 1x3.

AutoSaw generiert automatisch Montageanweisungen (einschließlich schrittweiser visueller Diagramme), basierend darauf, wie Sie die Verbindungspunkte in der Originalvorlage definiert haben. Das System beschimpft Sie während des Montagevorgangs nicht, was ihn etwas unrealistisch erscheinen lässt, aber Sie können sich dabei in der Regel trotzdem auf Freunde oder Familie verlassen.

Für weitere Einzelheiten beantwortete Co-Hauptautor Jeffrey Lipton, Postdoktorand am MIT CSAIL, einige unserer Fragen per E-Mail.

IEEE Spectrum: Warum muss ein Experte Teil dieses Prozesses sein? Lässt sich die Gestaltung von Möbelvorlagen nicht irgendwie automatisieren?

Jeffrey Lipton : Der Software einfach nur zu sagen: „Mach mir einen Tisch“ ist etwas, das im Moment zu schwierig ist. Der Kontext ist unklar. Machen wir einen Couchtisch, einen Esszimmertisch oder einen Beistelltisch? In welchem ​​Stil ist es? Was sind Ihre persönlichen Vorlieben und Abneigungen? Wo wird es sein? Was ist drumherum? Wir nutzen erfahrene Designer, um Vorlagen zu erstellen, um den Raum aller möglichen Tischdesigns in etwas zu zerlegen, das ein Laie leichter erkunden kann.

In welchen Situationen würde mir der Simulationsschritt Informationen liefern, die mich dazu veranlassen würden, zurückzugehen und meine Entwurfsparameter zu ändern?

Nehmen Sie das Deck-Beispiel. Ein Blick auf die Simulation könnte Ihnen zeigen, dass Sie zusätzliche Pylone bauen müssen – ohne sie wären Sie einfach nicht in der Lage, genügend Menschen auf dem Deck zu unterstützen.

Warum haben Sie sich für den Einsatz einer stationären Kappsäge und zweier mobiler Roboter statt einer mobilen Robotersäge entschieden?

Derzeit gibt es Industriemaschinen, die am Ende des Roboterarms eine Säge tragen. Die Unterstützung einer so großen Masse durch eine so lange kinematische Kette macht die Roboter jedoch schwer und teuer. Stattdessen haben wir uns von menschlichen Tischlern inspirieren lassen. Der Mensch hält eine Kreissäge nicht auf Armeslänge zum Schneiden hin. Anstatt lange kinematische Ketten zu verwenden, nutzen sie lokale Referenzpunkte am Elektrowerkzeug, um präzise Schnitte zu erzielen. Durch den Einsatz derselben Technik können wir viel kleinere und leichtere mobile Roboter einsetzen.

Wir haben 2013 gesehen, wie IkeaBot Möbel zusammenbaute. Was wäre zu diesem Zeitpunkt nötig, um ohne menschliches Eingreifen von den Rohmaterialien zu zusammengebauten Möbeln zu gelangen?

Eine durchgängige Produktion ohne Menschen ist nicht unbedingt unser Ziel. Im Moment konzentrieren wir uns darauf, die menschliche Hand von potenziell gefährlichen Gegenständen wie Sägeblättern fernzuhalten. Bis zum Einsatz mobiler Roboterplattformen ist es noch ein weiter Weg. Wir müssen Werkzeuge hinzufügen, insbesondere den Bohrer (um die Teile zusammenbauen zu können). Wir müssen die Roboter auch in die Lage versetzen, Teile der Hardware wie Gewindeeinsätze zu installieren. Auch Schleifen und Lackieren haben wir noch nicht in das System integriert.

Sie sagen, dass Sie daran arbeiten, „die massenhafte Individualisierung von Tischlereiartikeln zu ermöglichen“. Was ist Ihre Vision für die Zukunft?

Wir stellen uns vor, dass Verbraucher in Zukunft nicht mehr auf eine feste Anzahl unterschiedlicher Möbel für ihr Zuhause angewiesen sein werden. Wenn Sie in einer beengten Wohnung in New York City wohnen, müssen Sie sich keine Sorgen darüber machen, ob konventionell geformte Möbel in Ihre Wohnung passen – Sie können die genaue Größe und Form jedes Stuhls, Sofas oder Tisches individuell anpassen basierend darauf, was für Sie funktioniert.