Хотите кофе и блинчики? Два робота готовы подать завтрак

Студенты Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии запрограммировали робота, который варит идеальную чашку кофе (изображение предоставлено USC Viterbi)

Идея запрограммировать роботов для приготовления идеальной чашки кофе и разноцветных блинов, конечно, не является новой, но этот проект открыл двери возможностей для студентов и аспирантов Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии (USC Viterbi) и позволил им получить очень ценный опыт.

Студенты факультета аэрокосмической техники и машиностроения Джастин Локвуд и Винит Раджеш приняли участие в программе Центра студенческих исследований Инженерной школы Витерби (CURVE), осуществляемой Центром передового производства (CAM), существующем при учебном заведении. Программа была создана в 2021 году для предоставления студентам практического опыта под руководством наставников.

Познакомившись с темой работы — «Манипуляции роботов с нежесткими объектами», парни решили заняться самой важной трапезой дня. Для расширения своих инженерных знаний они выбрали робота Baxter.

«Совершенно очевидно, что в современном мире использование робототехники на производстве будет расти», — пояснил Локвуд.

Первая проблема, с которой столкнулись эти двое, заключалась в том, что ни один из них не был знаком с программированием. Поскольку в их исследовании требовалось, чтобы робот умел различать цвета для создания разноцветных блинов, Раджеш изучил MATLAB. А Локвуд освоил Python, чтобы писать программы для Baxter.

Помимо программирования различных форм, нужно было также определить для Baxter наиболее оптимальные способы использования аксессуаров, необходимых для готовки.

«Мы посмотрели несколько 3D-прототипов, — сказал Раджеш. — Некоторые из них были слишком большими и тяжелыми для руки робота, и она начинала трястись».

Им также пришлось решать проблему с диспенсером, напечатанным на 3D-принтере, который был небезопасным для пищевых продуктов. Идеальным решением оказалось использование кондитерского мешка. На протяжении всего проекта постоянно возникали новые задачи, которые помогали им оттачивать навыки решения проблем.

«Мы разбивали каждую проблему на более мелкие, а затем решали их одну за другой», — поделился Локвуд.

Студенты Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии запрограммировали робота для приготовления уникальных съедобных блинов (изображение предоставлено USC Viterbi)

Эта методология помогла им получить желаемые результаты за два месяца. Они написали программы для Baxter, которые позволили выпекать блины в форме смайлика, кошачьей мордочки, индейки и букв «SC» (как дань уважения своей школе). Этот успех пробудил их интерес к дальнейшему развитию проекта. Можно ли запрограммировать Baxter, чтобы он переворачивал блины или сам создавал их дизайн?

Конечно, блинчики хочется чем-то запивать. Для тех, кто любит кофе, аспиранты Энтони Тран и Янг Янг в рамках своего курса AME 547 «Основы автоматизации производства» решили запрограммировать робота, который приготовит идеальную чашку кофе.

У них было три недели, чтобы составить план и воплотить его в жизнь. Процесс начался с исследования методов. Приготовление кофе — это только часть задачи. Если вы хотите приготовить отличный кофе, нужно обратиться к эксперту в этой области. Они остановились на методе японского бариста Тецу Касуя, победившего на Всемирном конкурсе бариста 2016 года, в котором требуются точные измерения и выверенная процедура налива воды.

После выбора системы автоматизированного проектирования (САПР) они смогли напечатать на 3D-принтере «руку», способную держать выбранный ими чайник. Чтобы чайник мог идеально проливать кипяток через молотый кофе, нужны были его точные размеры, особенно в криволинейных частях. Для выполнения замеров они использовали 3D-сканер. Следующим шагом было изучение операционной системы робота.

Программирование роботизированной руки дало аспирантам USC Viterbi возможность получить опыт в области 3D-моделирования, 3D-сканирования, обратного проектирования и аддитивного производства (изображение предоставлено USC Viterbi)

«Планирование траекторий было действительно важно, потому что при приготовлении кофе нужно, чтобы робот передвигался, а также совершал круговое движение, необходимое для выливания кипятка из чайника», — сказал Тран. Дополнительные технические проблемы состояли в том, что нужно было обеспечить приготовление напитка заданной крепости и насыщенности вкуса, а также выбрать место для размещения робота-манипулятора.

«Важно выбрать правильный угол, потому что от того, насколько робот наклонит чайник, будет зависеть, сколько воды выльется и будет ли это нужным количеством, — сказал Ян. — Вкус кофе будет зависеть от того, сколько воды наливается и как быстро она льется».

Хотя из-за ограниченного времени команде пришлось оставить в своем проекте некоторые ручные операции, например помол кофейных зерен, им все же удалось насладиться идеальной чашкой кофе, а также укрепить свою любовь к технике во многих ее проявлениях.

«До этого у меня не было опыта в робототехнике, и этот проект снова пробудил во мне интерес к программированию, — сказал Янг. — Меня очень привлекает современное производство, которое все больше и больше зависит от автоматизации».