Гуманоидные роботы с телами, напоминающими человеческие, вскоре могут помочь людям выполнять широкий спектр задач. Многие задачи, для выполнения которых предназначены эти роботы, включают сбор предметов разной формы, веса и размера.
В то время как многие современные роботы-гуманоиды способны поднимать маленькие и легкие предметы, подъем громоздких или тяжелых предметов часто оказывается более сложной задачей. Фактически, если объект слишком большой или тяжелый, робот может сломать или уронить его.
Имея это в виду, исследователи из Университета Джона Хопкинса и Национального университета Сингапура (NUS) недавно разработали метод, который позволяет роботам определять, смогут ли они поднимать тяжелый ящик с неизвестными физическими свойствами. Этот метод, представленный в статье, предварительно опубликованной на arXiv, может позволить разработать роботов, которые могут поднимать объекты более эффективно, снижая риск того, что они поднимут вещи, которые они не могут поддерживать или нести.
«Нас особенно интересовало, как робот-гуманоид может рассуждать о возможности поднять ящик с неизвестными физическими параметрами», — сказал TechXplore Юаньфэн Хан, один из исследователей, проводивших исследование. «Для выполнения такой сложной задачи необходимо Обычно роботу необходимо сначала определить физические параметры коробки, а затем создать безопасную и стабильную траекторию движения всего тела, чтобы поднять коробку ».
Процесс, посредством которого робот генерирует траектории движения, позволяющие ему поднимать объекты, может потребовать вычислительных ресурсов. Фактически, роботы-гуманоиды обычно обладают большим количеством степеней свободы, и движение, которое требуется их телу для подъема объекта, должно соответствовать нескольким различным ограничениям. Это означает, что если ящик слишком тяжелый или его центр масс находится слишком далеко от робота, робот, скорее всего, не сможет завершить это движение.
«Подумайте о нас, людях, когда мы пытаемся понять, можем ли мы поднять тяжелый предмет, например гантель», — объяснил Хан. «Сначала мы взаимодействуем с гантелью, чтобы получить определенное ощущение объекта. Затем, основываясь на нашем предыдущем опыте, мы как бы знаем, слишком ли он тяжел для нас, чтобы поднять или нет. Точно так же наш метод начинается с построения таблицы траектории , который сохраняет различные допустимые подъемные движения для робота, соответствующие диапазону физических параметров коробки с использованием моделирования. Затем робот рассматривает эту таблицу как информацию из своего предыдущего опыта «.
Методика, разработанная Ханом в сотрудничестве со своим коллегой Руйсин Ли и его руководителем Грегори С. Чирикджяном (профессором и заведующим кафедрой машиностроения в NUS), позволяет роботу получить представление об инерционных параметрах коробки после краткого взаимодействия. с этим. Затем робот снова просматривает таблицу траекторий, созданную этим методом, и проверяет, включает ли она подъемное движение, которое позволило бы ему поднять ящик с этими расчетными параметрами.
Если такое движение или траектория существует, то подъем ящика считается возможным, и робот может немедленно выполнить задачу. Если его нет, то робот считает задачу выходящей за рамки своих возможностей.
«По сути, таблица траекторий, которую наш метод создает в автономном режиме, сохраняет действительные траектории подъемного движения всего тела в соответствии с диапазоном инерционных параметров коробки», — сказал Хан. «Впоследствии мы разработали алгоритм, основанный на физическом взаимодействии, который помогает роботу безопасно взаимодействовать с коробкой и оценивать инерционные параметры коробки».
Новый метод позволяет роботам быстро определять, могут ли они выполнить задачу, связанную с подъемом. Таким образом, это экономит время и вычислительную мощность, так как избавляет роботов от необходимости генерировать движения всего тела перед каждой попыткой подъема, даже безуспешной.
Хан и его коллеги оценили разработанный ими подход в серии тестов с использованием NAO, известного робота-гуманоида, разработанного SoftBank Robotics. В этих испытаниях NEO быстро и эффективно выявлял объекты, которые было невозможно или очень трудно поднять с помощью новой техники. В будущем ту же технику можно будет применить к другим роботам-гуманоидам, чтобы сделать их более надежными и эффективными при выполнении задач, связанных с подъемом больших или тяжелых предметов.
«Наш метод может значительно повысить эффективность работы при выполнении практических задач подбора и размещения, особенно при выполнении повторяющихся задач», — сказал Хан. «В нашей будущей работе мы планируем применить наш подход к различным объектам или грузоподъемным задачам».