Der US-Ingenieur Nathaniel Nifong verfolgt mit seinem Open-Source-Aufräum-Roboter Stringman für Wohnräume ein besonderes Konzept: Statt einen Roboter mobil in der Wohnung herumfahren oder laufen zu lassen und herumliegende Gegenstände einzusammeln, ist sein Roboter fest unter der Decke montiert. Der kranartige Roboter angelt sich liegengelassene Gegenstände mit einem Greifer und verstaut die eingesammelten Objekte dorthin, wo sie hingehören. Nifong hat dabei vor allem Kinderzimmer im Visier, in denen der Roboter die lieben Kleinen beim Aufräumen unterstützen soll.

Positionierung über Seile

Die Bezeichnung Stringman ist bei Nifongs Aufräumroboter Programm. Der Roboter ähnelt den Robotiksystemen, wie sie in Stadien zur Kameraführung unter dem Stadiondach verwendet werden. Ein Zwei-Finger-Greifer mit einem beweglichen Gelenk hängt mittig angebracht an vier Seilen, die in vier Ecken eines Raumes verankert sind und elektromotorisch verlängert oder verkürzt werden können. Der Strom für die fest montierten Motoreinheiten und den Greifer kommt aus der Steckdose, sodass keine Batterien nötig sind, die regelmäßig geladen werden müssen.

Über die vier Seile kann der Greifer in der Höhe und Position im gesamten Raum bewegt werden und erreicht damit nahezu jeden Punkt vom Boden bis zum höher gelegenen Regal.

Angesteuert werden die Motoren und der Greifer über insgesamt drei Raspberry Pi Zero Mikrocontroller. Unterstützt werden sie durch ebenfalls drei Kameras, die an den Motoreinheiten in zwei Ecken des Raumes sowie am Greifer angebracht sind. Mit ihnen werden die Unordnung im Raum und herumliegende Gegenstände erkannt.

Der Zwei-Finger-Greifer ist so konzipiert, dass er über zwei parallel zueinander bewegliche Finger kleine und große Gegenstände gleichermaßen greifen kann. Ein drucksensitives Pad verhindert dabei, dass weiche Gegenstände zu fest gedrückt werden, um sie nicht zu beschädigen. Der Greifer ist etwa 50 cm unterhalb seines Aufhängepunkts befestigt. Das ermöglicht es ihm, auch Gegenstände unter Möbeln oder hinter Hindernissen zu greifen. Der Aufhängepunkt sorgt jedoch dafür, dass der Greifer leicht ins Pendeln gerät. Diese Bewegung soll die Software jedoch erkennen und ausgleichen, sodass der Greifer präzise positioniert werden kann.

Lernen durch Nachahmung

Stringman nutzt die Open-Source-Plattform LeRobot von Hugging Face, um den Roboter anzusteuern und zu trainieren. Das KI-Training erfolgt per Teleoperation durch Imitation Training, also Lernen durch Nachahmung. Dadurch wird dem Roboter beigebracht, wie unterschiedliche Gegenstände aufgenommen und wo sie platziert werden sollen. Die Ablageorte, die in ihrer Position verändert werden können, müssen dazu mit aufsteckbaren Markern versehen sein. Der Roboter weiß dadurch, wo sich etwa der Wäschekorb, die Spielzeugkiste und der Mülleimer im Raum befinden. Das Bildverarbeitungssystem ermittelt deren Positionen und erfasst zusätzlich herumliegende Gegenstände im Raum, die in einer Liste gespeichert werden. Über eine Software kann diese Liste überprüft und vom Nutzer angepasst werden, um etwa bestimmte Objekte vom Aufräumen auszuschließen. Zusätzlich können auch Objekte gezielt ausgewählt werden, die Stringman dann manuell wegräumt.

Nifong stellt Pläne und Software für den Aufräumroboter Stringman zum Nachbau kostenfrei zur Verfügung. Sie sind auf seiner Projektseite und bei GitHub unter der Apache-2.0-Lizenz erhältlich. Zusätzlich bietet der Ingenieur in seinem Online-Shop für rund 630 US-Dollar Bausätze an, die noch selbst zusammengebaut werden müssen. Fertige Systeme kosten 965 Dollar. Nifong betont, dass es sich bei Stringman um ein laufendes Projekt handelt, das kontinuierlich verbessert werde. So müsse die Bildverarbeitung noch verfeinert und das Greifen besonders schmaler Gegenstände, wie etwa Bücher, verbessert werden. Außerdem soll Stringman in der Zukunft Gegenstände nicht nur an definierten Orten ablegen, sondern auch an ihrem ursprünglichen Aufbewahrungsort platzieren können.

(olb)