應用紅外線觸覺讓機器人攤平布料
當我們想要攤平一塊布，假設這塊布料是矩形的，我們通常會先找到第一個角，接著仰賴手指觸覺，沿著連接這個角的邊緣找到下一個角，最後將這塊布料攤平在桌面上。
如果讓機器人做這件事呢(Robotic unfolding of cloth)？比利時的研究團隊研發了名為UnfoldIR的機器人，應用深度攝影機(視覺)以及兩隻機器手臂，而其中一隻機器手臂(左臂)，在抓取的部分配有作為觸覺的紅外線感測器，另一隻機器手臂(右臂)則只是單純的抓取夾。
首先，桌上會放上一團布，為了統一實驗結果的判斷，都是使用矩形的布，只有材質與韌性會不一樣。使用深度攝影機找出這團布的最高點，讓左臂抓取(Fig. 1 (a))。因為最高點比較突出，機器手臂比較好抓取。接著，「隨機抓提一塊布，所垂下的最低點，會有很大的機率是布料的角落。」(When a piece of cloth is grasped randomly and lifted, the lowest point is likely to be a corner.)根據這項敘述，左臂抓著布料提升高度，深度攝影機偵測布料垂下來的最低點，讓右臂抓取(Fig. 1 (b))。
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| Fig. 1 Unfolding pipeline. |
順利的話，右臂會抓到布料的角落並且提高，而左臂鬆手；左臂移動至靠近右臂的抓取點(Fig. 1 (c))。此時紅外線感測器的功能派上用場了，讓布料嵌入兩個抓取片的中間，開始沿著邊緣尋找角落(Fig. 1 (d))。從紅外線感測結果可以看到，產生深色(dark)部分表示有布料在中間，淺色(bright)部分則表示是空的。當深色部分呈現角落的形狀，左臂會停止移動，也就表示左臂與右臂都找到角落了。最後，將布料攤平放在桌上，就完成一次成功的流程。
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| Fig. 2 Sensor readout when grasping a textile corner. |
當紅外線感測器抓著布料的角落時(Fig. 2(a))，紅外線接收強度的讀數呈現如Fig. 2(b)：數值範圍為0到255，越靠近0、紅外線難以穿透讓接收器接收，表示有感測到布料；越靠近255、紅外線被接收到越多，表示感測器沒有偵測到抓取物。如何判斷布料角落的邊界？首先將所有偵測到的數值由小排到大，在排列後的數值中，找出排列相鄰的兩數之間，差值最大的兩數作為判斷邊界的基準。以Fig. 2(b)中的32個數值為例，
8, 14, 18, 19, 20, 26, 32, 33,
37, 41, 42, 53, 91,169,188,189,
191,195,196,201,201,202,206,207,
207,214,215,225,228,232,234,255
可以發現91和169之間的差值最大，為78，所以將小於91的數值都歸類於深色群，大於169的數值歸類於淺色群。接著再判斷每個數值區塊之間，深色群與淺色群區塊邊界標記上edge marker，形成邊界區塊。
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| Fig. 3 One-shot trial of the UnfoldIR pipeline on Pink sample. |
Fig. 3展示一次到位的實際操作情況(實拍影片)。具有黃色抓取器的是右臂，沒有紅外線感測器。Fig. 3(b)和(c)的灰階圖是深度攝影機判斷布料最高點以及最低點的畫面，黃點為判斷結果。
結合紅外線觸覺感測、深度判斷以及在空中執行作業，使攤平布料的工作能更有效率且更快速地完成。
撰文：楊采綾
Reference: R. Proesmans, A. Verleysen and F. Wyffels, "UnfoldIR: Tactile Robotic Unfolding of Cloth," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 8, no. 8, pp. 4426-4432, Aug. 2023, doi: 10.1109/LRA.2023.3284382.
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