Väitös automaation, systeemien ja säätötekniikan alalta, DI Tran Nguyen Le

Väitöskirjan nimi: Harnessing the physical properties of objects for robotic grasping and manipulation

Tohtoriopiskelija: Tran Nguyen Le
Vastaväittäjä: Prof. Roberto Calandra, Technical University of Dresden, Germany
Kustos: Prof. Ville Kyrki, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, sähkötekniikan ja automaation laitos

Tulevaisuudessa, jossa robotit avustavat ihmisiä tiskauksen, vaatteiden viikkauksen tai terveydenhuollon hoitotoimenpiteiden kaltaisissa päivittäisissä tehtävissä, avainasemassa on robottien kyky tarttua itsenäisesti ja luotettavasti erilaisiin esineisiin vaihdellen aina ruokailuvälineistä ja työkaluista herkkiin elintarvikkeisiin. Vaikka tavoitteen saavuttamiseksi on otettu merkittäviä harppauksia viimeisen vuosikymmenen aikana, nykyiset menetelmät perustuvat usein ennakko-oletuksiin esineen fysikaalisista ominaisuuksista, kuten tasaisesta jäykkyydestä ja pintakitkasta. Nämä oletukset rajoittavat nykyisten menetelmien soveltuvuutta esimerkiksi muotoutuvien tai monesta materiaalista koostuvien, monimutkaisten esineiden käsittelyyn. Tällaiset esineet ovat puolestaan tavallisia esimerkiksi kotitalousaskareissa ja terveydenhuollon tehtävissä. 

Vastauksena edellä mainittuihin rajoitteisiin tässä väitöskirjassa tutkitaan, miten robotit voivat ennakko-oletuksiin nojaamisen sijaan eksplisiittisesti arvioida erityisesti kahta esineiden tärkeää fysikaalista ominaisuutta, eli pintakitkaa ja muodonmuutoskykyä. Arvioituja ominaisuuksia pyritään puolestaan hyödyntämään entistä monitoimisempien tarttumisen ja manipuloinnin suunnittelualgoritmien kehittämiseksi. Vielä tarkemmin, tässä väitöskirjassa analysoidaan ensin mainittujen fysikaalisten ominaisuuksien merkitystä robottien tarttumisessa ja manipuloinnissa. Tämän jälkeen esitellään koneoppimistekniikoihin perustuva interaktiivinen havainnointimenetelmä, joka hyödyntää robotin vuorovaikutusta ympäristönsä kanssa esineiden fyysisten ominaisuuksien tutkimiseksi ja oppimiseksi. Lopuksi työssä tutkitaan erilaisia tapoja hyödyntää opittuja fyysisiä ominaisuuksia robottien tarttumisessa ja manipuloinnissa aina otteiden analysoinnista (otteiden laadun arviointi) tarttumisen (mihin tarttua parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi) ja manipuloinnin suunnitteluun. 

Yhdessä kaikki väitöskirjassani esitetyt tulokset osoittavat, että fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen ja kerätyn tiedon hyödyntäminen tarttumisen ja manipulaation suunnittelumenetelmissä lisää menetelmien häiriökestävyyttä ja parantaa menetelmien suorituskykyä. Toivon mukaan väitöskirjani motivoi myös muuta robotiikkayhteisöä siirtämään huomiotaan nykyisistä ennakko-oletuksiin nojaavista lähestymistavoista kohti manipuloitavien esineiden syvempää ymmärtämistä uusia tarttumis- ja manipulointimenetelmiä kehittäessä.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53