仿人機(jī)器人解釋了使用三步法舉起物理特性未知的沉重箱子的可行性

仿人機(jī)器人（仿人機(jī)器人具有與人體相似的構(gòu)型）可能會迅速協(xié)助個(gè)人完成各種任務(wù)。這些機(jī)器人旨在完成的大部分任務(wù)包括選擇各種形狀，重量和大小的對象。

盡管許多經(jīng)過開發(fā)的仿人機(jī)器人能夠拿起小巧輕巧的物體，但是通常很難舉起笨重的物體。實(shí)際上，如果物體太大或太重，機(jī)器人可能會發(fā)現(xiàn)自己在摔落或摔碎物體。

考慮到這一點(diǎn)，約翰·霍普金斯學(xué)院和新加坡全國大學(xué)（NUS）的研究人員最近才開發(fā)出一種方法，該方法可以使機(jī)器人找出是否能夠攜帶未知體積的重物。這種方法是在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中介紹的，它可以使機(jī)器人能夠更有效地搬運(yùn)物體，從而減少了機(jī)器人解決無法解決或搬運(yùn)的問題的機(jī)會。

“在提升人體參數(shù)未知的領(lǐng)域的可行性方面，我們特別關(guān)注了仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，”進(jìn)行這項(xiàng)檢查的許多研究人員之一韓元鋒指出。完成搬運(yùn)任務(wù)，機(jī)器人通常必須首先確定該領(lǐng)域的身體參數(shù)，然后生成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)軌跡并且符合現(xiàn)場的安全“。

機(jī)器人產(chǎn)生允許其攜帶對象的運(yùn)動(dòng)軌跡的方法將在計(jì)算上要求很高。實(shí)際上，仿人機(jī)器人有時(shí)具有過多的自由度，其體形為攜帶物體而必須進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該滿足許多完全不同的約束。因此，如果一個(gè)物體太重或它的質(zhì)量中心離機(jī)器人太遠(yuǎn)，則機(jī)器人幾乎肯定無法完成該運(yùn)動(dòng)。

定義我們的動(dòng)機(jī)之后，請考慮我們這些人，我們是否能夠舉起類似于啞鈴的重物。“我們首先用啞鈴實(shí)驗(yàn)，以確保對物品有一定的感覺。然后，主要基于我們較早的專業(yè)知識，我們會知道它是否太重而無法攜帶。同樣地，我們的技術(shù)始于建立一個(gè)軌跡工作臺，該工作臺通過仿真為機(jī)器人節(jié)省了完全不同的合法舉升運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于各種領(lǐng)域的身體參數(shù)。然后，機(jī)器人會考慮使用這張辦公桌，因?yàn)樗鼡碛性缙诘膶I(yè)知識。”

Han與他的同事Ruiui Li和他的主管Gregory S. Chirikjian（NUS的教授兼機(jī)械工程學(xué)系主任）合作開發(fā)的方法允許機(jī)器人通過簡單地獲取磁場的慣性參數(shù)與之互動(dòng)。隨后，該機(jī)器人似乎再次處于該策略生成的軌跡臺上，并檢查它是否具有提升運(yùn)動(dòng)以使其可以攜帶帶有這些估計(jì)參數(shù)的場地。

如果存在這種運(yùn)動(dòng)或軌跡，則應(yīng)考慮可能要舉起物體，并且機(jī)器人可以立即履行職責(zé)。如果不存在，則機(jī)器人會考慮超出其能力的職責(zé)。

“從根本上說，我們的技術(shù)離線構(gòu)建的軌跡臺會根據(jù)磁場的慣性參數(shù)變化保存合法的全身舉升運(yùn)動(dòng)軌跡，” Han說。“隨后，我們開發(fā)了一種基于物理交互的主要算法，可幫助機(jī)器人安全地與磁場協(xié)同工作并估算磁場的慣性參數(shù)。”

全新的方法使機(jī)器人可以快速決定是否能夠完成舉升相關(guān)的過程。因此節(jié)省了時(shí)間和計(jì)算能力，因?yàn)樗苊饬藱C(jī)器人必須在每次舉升嘗試之前（甚至是失敗的舉升嘗試）更早地進(jìn)行全身運(yùn)動(dòng)。Han和他的同事們利用NAO機(jī)器人（軟銀機(jī)器人公司開發(fā)的一種著名的仿人機(jī)器人）在一系列動(dòng)作中評估了他們制定的策略。在這些試驗(yàn)中，NAO迅速成功地識別了使用全新方法無法實(shí)現(xiàn)或非常麻煩的物體。不久的將來，不同的人形機(jī)器人可能會使用相同的方法，使它們在完成載重物或重物的任務(wù)時(shí)更加可靠且對環(huán)境友好。該技術(shù)可以顯著提高取放任務(wù)的工作效率，特別是對于可重復(fù)的任務(wù)，在未來的工作中，計(jì)劃將此策略用于完全不同的目標(biāo)或任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：Han Y, Li R, Chirikjian G S. Can I lift it? Humanoid robot reasoning about the feasibility of lifting a heavy box with unknown physical properties[J]. arXiv preprint arXiv:2008.03801, 2020.