Rất nhiều việc hằng ngày mà con người làm cần hai tay: mở nắp chai, gấp khăn, cắm phích trong khi giữ dây. Với robot, thêm một cánh tay mở ra cả nhóm nhiệm vụ này, nhưng cũng tạo ra loại bài toán mà một tay không gặp.
Vì sao một số nhiệm vụ bắt buộc cần hai tay
Ba tình huống rõ ràng.
Vật cần được giữ cố định trong khi thao tác lên nó. Với một tay, phải có đồ gá; với hai tay, một tay đóng vai đồ gá linh hoạt.
Vật quá lớn hoặc quá mềm để một điểm cầm là đủ. Một tấm vải, một tấm lớn mỏng, một cụm dài đều cần đỡ ở hai điểm.
Thao tác đòi hai chuyển động ngược nhau: xoay nắp trong khi giữ thân, kéo căng hai đầu, tách hai chi tiết ra khỏi nhau.
Điểm chung: một tay thay thế được đồ gá cứng, và đó chính là giá trị lớn nhất — nó bỏ được nhu cầu thiết kế đồ gá riêng cho từng chi tiết.
Ba kiểu phối hợp
Độc lập. Hai tay làm hai việc khác nhau, không tương tác. Đây thực chất là hai robot đặt cạnh nhau, chỉ cần tránh va chạm lẫn nhau.
Phối hợp lỏng. Hai tay làm cùng một nhiệm vụ nhưng không cùng chạm vào một vật tại cùng thời điểm: một tay đưa chi tiết tới, tay kia chuẩn bị vị trí. Cần đồng bộ về thời gian nhưng không có ràng buộc vật lý.
Phối hợp chặt. Cả hai tay cùng giữ một vật. Đây là trường hợp khó nhất, vì hai tay và vật tạo thành một vòng kín về mặt cơ học.
Ràng buộc khi cùng giữ một vật
Khi hai tay cùng cầm một vật cứng, chuyển động của chúng không còn độc lập. Nếu một tay dịch mà tay kia không dịch tương ứng, vật sẽ chịu lực rất lớn.
Hậu quả có thể là làm hỏng vật, làm hỏng tay kẹp, hoặc kích hoạt bảo vệ quá tải. Sai lệch vài phần mười milimét cũng đủ tạo ra lực đáng kể nếu vật cứng.
Có ba cách xử lý.
- Điều khiển phối hợp: coi hai tay như một hệ duy nhất và tính quỹ đạo cho cả hệ, thay vì cho từng tay riêng.
- Một tay chủ, một tay theo: tay chủ đi theo quỹ đạo, tay theo dùng điều khiển lực để giữ lực tiếp xúc trong ngưỡng.
- Thêm độ mềm ở một trong hai tay kẹp, hấp thụ sai lệch bằng cơ khí.
Phương án thứ hai thường thực dụng nhất và được dùng rộng rãi, vì nó không đòi mô hình chính xác của vật.
Khó khăn khi huấn luyện chính sách hai tay
Không gian hành động lớn gấp đôi, và số cách phối hợp sai lớn hơn nhiều lần.
Với học bắt chước, việc thu dữ liệu cũng khó hơn: người thao tác phải điều khiển hai tay cùng lúc, điều mà nhiều thiết bị điều khiển không hỗ trợ tốt. Đây là lý do các thiết lập thu dữ liệu hai tay thường dùng hai cánh tay điều khiển song sinh, cho phép người dùng cả hai tay tự nhiên.
Một khó khăn nữa là đồng bộ thời gian giữa hai luồng hành động. Nếu dữ liệu ghi lại hai tay với độ trễ khác nhau, chính sách học được quan hệ thời gian sai, và phối hợp sẽ lệch khi chạy thật.
Cách giảm độ khó: bắt đầu bằng nhiệm vụ phối hợp lỏng, chỉ chuyển sang phối hợp chặt khi phần lỏng đã ổn định.
Khi nào hai tay không đáng
Thêm một cánh tay là gấp đôi chi phí thiết bị, gấp đôi không gian, và nhiều hơn gấp đôi độ phức tạp về lập trình và an toàn.
Ba trường hợp nên cân nhắc lại.
Đồ gá giải được. Nếu chi tiết ổn định và mẫu ít đổi, một đồ gá đơn giản rẻ hơn nhiều so với một cánh tay thứ hai đóng vai giữ.
Nhiệm vụ tách được thành hai bước. Đặt vật xuống bàn, đổi cách cầm, rồi thao tác tiếp — chậm hơn nhưng đơn giản hơn rất nhiều.
Không gian chật. Hai tay cần vùng làm việc chồng lấn để phối hợp, và việc tránh va chạm giữa chúng chiếm một phần đáng kể thời gian chu kỳ.
Hai tay đáng giá nhất khi vật biến dạng hoặc khi mẫu đổi liên tục — hai trường hợp mà đồ gá cứng không giải được.
Câu hỏi thường gặp
Hai tay có cần cùng loại không?
Không bắt buộc, và nhiều thiết lập dùng hai tay khác nhau có chủ đích: một tay khoẻ để giữ, một tay nhẹ và khéo để thao tác. Điều quan trọng là hệ điều khiển phải quản lý được cả hai trong cùng một hệ toạ độ chung.
Làm sao tránh hai tay va vào nhau?
Bằng kiểm tra va chạm trong lập kế hoạch chuyển động, coi tay kia như vật cản động. Ngoài ra nên có giới hạn cứng ở mức an toàn để ngay cả khi lập kế hoạch sai, hai tay cũng không thể vào cùng một vùng tại cùng thời điểm.
Phối hợp chặt cần đồng bộ tới mức nào?
Càng cứng vật thì yêu cầu càng chặt, vì sai lệch nhỏ cũng tạo lực lớn. Với vật mềm, yêu cầu lỏng hơn nhiều. Đây là lý do các thao tác hai tay đầu tiên nên thử với vật có độ đàn hồi nhất định thay vì vật cứng.
Có thể dùng hai robot riêng thay vì một hệ hai tay không?
Về cơ khí thì được, nhưng cần đưa cả hai về cùng một hệ toạ độ đã hiệu chỉnh chung và đồng bộ chặt về thời gian. Sai lệch hiệu chỉnh giữa hai robot là nguồn lỗi chính trong các thiết lập kiểu này.
Đọc thêm trong Triển khai thực tế & thất bại và Nền tảng & bộ công cụ.