QQ在線
企業(yè)微信
資訊
167卡耐基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員設(shè)計(jì)了一種機(jī)器人系統(tǒng)，使一個(gè)低成本、腿相對(duì)較小的機(jī)器人能夠在接近其高度的地方上下樓梯，可穿越巖石、濕滑、不平、陡峭和多變的地形。可跨越鴻溝、剝落巖石和路緣石，甚至可以在黑暗中工作。
機(jī)器人研究所助理教授Deepak Pathak表示：“賦予小型機(jī)器人爬樓梯和處理各種環(huán)境的能力，對(duì)于開發(fā)在人們家中以及搜救行動(dòng)中有用的機(jī)器人至關(guān)重要。這個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)造了一個(gè)強(qiáng)大且適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器人，可以執(zhí)行許多日常任務(wù)?！?
該團(tuán)隊(duì)讓機(jī)器人進(jìn)行了測試，在不平坦的樓梯和公共公園的山坡上測試它，挑戰(zhàn)它跨過踏石和光滑的表面，并要求它爬樓梯，因?yàn)樗母叨认喈?dāng)于人類跳過障礙。該機(jī)器人依靠其視覺和一臺(tái)小型機(jī)載計(jì)算機(jī)快速適應(yīng)并掌握具有挑戰(zhàn)性的地形。
研究人員在一個(gè)模擬器中用4000個(gè)克隆的機(jī)器人訓(xùn)練機(jī)器人，在那里他們?cè)谔魬?zhàn)性的地形上練習(xí)行走和攀爬。模擬器的速度允許機(jī)器人在一天內(nèi)獲得六年的經(jīng)驗(yàn)。模擬器還將訓(xùn)練過程中學(xué)到的運(yùn)動(dòng)技能存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，研究人員將其復(fù)制到真實(shí)機(jī)器人上。這種方法不需要對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行任何手動(dòng)工程——這與傳統(tǒng)方法不同。
大多數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)使用相機(jī)來創(chuàng)建周圍環(huán)境的地圖，并在執(zhí)行之前使用該地圖來規(guī)劃移動(dòng)。這一過程很慢，而且由于映射階段固有的模糊性、不準(zhǔn)確性或誤解，往往會(huì)出現(xiàn)問題，從而影響后續(xù)的規(guī)劃和移動(dòng)。測繪和規(guī)劃在專注于高水平控制的系統(tǒng)中很有用，但并不總是適合低水平技能的動(dòng)態(tài)需求，例如在具有挑戰(zhàn)性的地形上行走或跑步。
新系統(tǒng)繞過了映射和規(guī)劃階段，直接將視覺輸入路由到機(jī)器人的控制。機(jī)器人看到的東西決定了它如何移動(dòng)。甚至研究人員也沒有具體說明腿應(yīng)該如何移動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)使機(jī)器人能夠快速應(yīng)對(duì)迎面而來的地形，并有效地通過地形。
因?yàn)椴恍枰L制地圖或規(guī)劃，并且使用機(jī)器學(xué)習(xí)來訓(xùn)練動(dòng)作，所以機(jī)器人本身可以是低成本的。該團(tuán)隊(duì)使用的機(jī)器人至少比現(xiàn)有替代品便宜25倍。該團(tuán)隊(duì)的算法有可能使低成本機(jī)器人更廣泛地使用。
SCS機(jī)器學(xué)習(xí)博士生Ananye Agarwal說：“這個(gè)系統(tǒng)直接使用視覺和來自身體的反饋?zhàn)鳛檩斎?，向機(jī)器人的電機(jī)輸出命令。這項(xiàng)技術(shù)使系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中非常強(qiáng)大。如果它在樓梯上滑倒，它可以恢復(fù)。它可以進(jìn)入未知環(huán)境并適應(yīng)?！?/span>
這種控制方面的直接視覺是受生物學(xué)啟發(fā)的。人類和動(dòng)物利用視覺移動(dòng)。試著閉著眼睛跑步或平衡。該團(tuán)隊(duì)先前的研究表明，盲人機(jī)器人（沒有攝像頭的機(jī)器人）可以征服具有挑戰(zhàn)性的地形，但增加視覺并依靠視覺可以大大改善系統(tǒng)。
該團(tuán)隊(duì)還將目光投向自然，尋找系統(tǒng)的其他元素。對(duì)于一個(gè)身高不到一英尺的小型機(jī)器人來說，要爬上接近其高度的樓梯或障礙物，它學(xué)會(huì)了采用人類用來跨過高障礙物的動(dòng)作。當(dāng)一個(gè)人不得不把腿抬得很高才能爬上一個(gè)橫檔或障礙時(shí)，它會(huì)用臀部把腿移到一邊，稱為外展和內(nèi)收，這樣會(huì)給它更多的空間。Pathak團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)也是如此，使用髖關(guān)節(jié)外展來克服阻礙市場上一些最先進(jìn)的腿部機(jī)器人系統(tǒng)的障礙。
四足動(dòng)物后腿的運(yùn)動(dòng)也啟發(fā)了該團(tuán)隊(duì)。當(dāng)貓穿過障礙物時(shí)，它的后腿會(huì)避開與前腿相同的物體，而不會(huì)借助附近的一雙眼睛。“四條腿的動(dòng)物有一種記憶，使它們的后腿能夠追蹤前腿。我們的系統(tǒng)以類似的方式工作?！盤athak說。該系統(tǒng)的車載記憶使后腿能夠記住前方攝像頭所看到的內(nèi)容，并進(jìn)行機(jī)動(dòng)以避開障礙物。
“由于沒有地圖，沒有規(guī)劃，我們的系統(tǒng)會(huì)記住地形和它如何移動(dòng)前腿，并將其轉(zhuǎn)換為后腿，做得如此迅速和完美?！辈死髮W(xué)博士生Ashish Kumar說道。這項(xiàng)研究可能是解決腿機(jī)器人面臨的現(xiàn)有挑戰(zhàn)并將其帶到人們家中的一大步。
