Astrobee er et fritflyvende robotsystem udviklet af NASA, der består af tre forskellige terningformede robotter. Dette system var oprindeligt designet til at hjælpe astronauter, der arbejder på International Space Station (ISS) ved at automatisere nogle af deres rutinemæssige manuelle opgaver.
Mens Astrobee kunne være meget værdifuld for astronauter og øge effektiviteten, som de gennemfører den daglige drift, er dens objektmanipulationskapaciteter endnu ikke optimale. Specifikt antyder tidligere eksperimenter, at robotten kæmper, når de håndterer deformerbare genstande, herunder lastposer, der ligner nogle af dem, som det kan få til opgave at hente på ISS.
Forskere ved Stanford University, University of Cambridge og NASA Ames udviklede for nylig Pyastrobee, et simuleringsmiljø og kontrolstabel til at træne Astrobee i Python, med særlig vægt på manipulation og transport af last.
Denne nye simulerings- og kontrolværktøjssæt, præsenteret i et papir, der er lagt ud på arxiv Preprint -server blev brugt til at træne Astrobee til succesfuld overførsel af last mellem forskellige ISS -moduler uden at kollidere med andre objekter.
“Vi er heldige at samarbejde med NASA Ames, og et af de problemer, de er interesseret i, er, hvordan man har Astrobee (deres fritflydende rumrobot i den internationale rumstation) udfører logistik- og vedligeholdelsesopgaver,” fortalte Daniel Morton, første forfatter af The Paper, til LektieForum.
“Dette er især vigtigt for eventuelle fremtidige rumstationer, der muligvis ikke kontinuerligt besættes, og vil kræve autonome operationer fra disse robotter til ‘pligter’ som at genoplive stationen med last. Dog at få Astrobee til at manipulere og bevæge sig rundt i disse lastposer er et virkelig hårdt problem at løse.”
En vigtig udfordring, der hidtil har begrænset Astrobee’s effektivitet til at bære og manipulere lastposer, er, at disse poser typisk er lavet af et deformerbart vinylbaseret materiale. At forudsige nøjagtigt, hvordan lastposerne vil deformere, når roboten griber fat i dem og interagerer med dem, kan være meget vanskeligt.
“Vi begyndte at finde en måde at kontrollere dette på og byggede et simuleringsmiljø, der ikke kun kan repræsentere ISS, men også modellere deformerbar last,” forklarede Morton. “Pyastrobee er unik på grund af sin modellering af deformerbar last, da vi bruger en fysikmotor (kugle), der tillader dette. Den er også udviklet i Python, hvilket gør det nemt at hurtigt prototype forskellige controllere og integrere med andre robotik -softwareværktøjer.”
Morton og hans kolleger integrerede deres simuleringsmiljø med forstærkende læring (RL) software kendt som gymnasium og stabile baselinjer. Deres håb var, at denne software ville lette brugen af deres platform til test af RL-baserede objektmanipulationsstrategier i rummet.
“Vi har fundet ud af, at en simulator-i-loop-prøveudtagningsbaseret model-forudsigelig-controller (MPC) er en god foreløbig tilgang til dette problem,” sagde Morton. “Brug af simulatoren som modellen gør det lettere at specificere, hvordan Astrobee og lastposen bevæger sig sammen, snarere end at forsøge at udlede en udfordrende model med lukket form.
Pyastrobee, simulatoren udviklet af dette forskerteam, kunne snart bruges både af ingeniører og studerende til at teste deres Space Robotics -algoritmer. Koden til simulatoren såvel som dens integrerede kontrol- og planlægningsmetoder er open source og kan fås adgang til Github.
“Nu hvor vi har en foreløbig tilgang (prøveudtagningsbaseret MPC), vil jeg gerne undersøge, hvordan man gør dette meget mere beregningseffektivt,” tilføjede Morton. “Jeg har for nylig arbejdet med meget effektive sikkerhedsfiltre til robotmanipulation, og dette ville være perfekt til at få på Astrobee, for at give garantier på begrænsninger som kollisionsundgåelse. Jeg vil også gerne undersøge, hvordan man bruger flere astrobees til at udføre denne opgave-to astrobees, der holder hver side af posen, vil sandsynligvis forbedre stabiliteten under transport.”