加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的一組研究人員開發(fā)了一種新的算法系統(tǒng)，可以讓四足機(jī)器人在野外行走和奔跑。機(jī)器人可以在具有挑戰(zhàn)性和復(fù)雜的地形上導(dǎo)航，同時避開靜態(tài)和移動的障礙物。

該團(tuán)隊進(jìn)行了測試，機(jī)器人在系統(tǒng)的引導(dǎo)下自主快速地在沙地、礫石、草地和布滿樹枝和落葉的崎嶇泥山上快速移動。同時，它可以避免撞到電線桿、樹木、灌木、巨石、長凳和人。該機(jī)器人還展示了在不撞到各種障礙物的情況下在繁忙的辦公空間中導(dǎo)航的能力。

建造高效的腿式機(jī)器人

新系統(tǒng)意味著研究人員比以往任何時候都更接近于制造用于搜索和救援任務(wù)的高效機(jī)器人，或者用于在人類難以到達(dá)或危險的空間中收集信息的機(jī)器人。

這項工作將于10 月 23 日至 27 日在日本京都舉行的2022 年智能機(jī)器人和系統(tǒng)國際會議 (IROS) 上發(fā)表。

該系統(tǒng)將機(jī)器人的視覺與本體感覺相結(jié)合，賦予機(jī)器人更多的多功能性，本體感覺是另一種涉及機(jī)器人運(yùn)動、方向、速度、位置和觸覺的感知方式。

目前訓(xùn)練有腿機(jī)器人行走和導(dǎo)航的大多數(shù)方法都使用本體感覺或視覺。但是，它們不是同時使用的。

將本體感覺與計算機(jī)視覺相結(jié)合

王曉龍是加州大學(xué)圣地亞哥雅各布斯工程學(xué)院電氣和計算機(jī)工程教授。

“在一種情況下，這就像訓(xùn)練一個盲人機(jī)器人通過觸摸和感覺地面來行走。另一方面，機(jī)器人僅根據(jù)視覺計劃其腿部運(yùn)動。這不是同時學(xué)習(xí)兩件事，”王說。“在我們的工作中，我們將本體感覺與計算機(jī)視覺相結(jié)合，使腿式機(jī)器人能夠在各種具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中高效、平穩(wěn)地移動，同時避開障礙物，而不僅僅是明確定義的環(huán)境。”

該團(tuán)隊開發(fā)的系統(tǒng)依賴于一組特殊的算法來融合實(shí)時圖像中的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由機(jī)器人頭部的深度相機(jī)拍攝，數(shù)據(jù)來自機(jī)器人腿上的傳感器。

然而，王說這是一項復(fù)雜的任務(wù)。

“問題在于，在實(shí)際操作過程中，有時從攝像頭接收圖像會略有延遲，因此來自兩種不同傳感模式的數(shù)據(jù)并不總是同時到達(dá)，”他解釋道。

該團(tuán)隊通過隨機(jī)化兩組輸入來模擬不匹配，從而解決了這一挑戰(zhàn)。研究人員將這種技術(shù)稱為多模態(tài)延遲隨機(jī)化，然后他們使用使用過的隨機(jī)輸入來訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)習(xí)策略。該方法使機(jī)器人能夠在導(dǎo)航時快速做出決策，并預(yù)測其環(huán)境的變化。這些能力使機(jī)器人能夠在不同類型的地形上更快地移動和操縱障礙物，所有這些都不需要人類操作員的幫助。

該團(tuán)隊現(xiàn)在將尋求使腿式機(jī)器人更加通用，以便它們可以在更復(fù)雜的地形上操作。

“現(xiàn)在，我們可以訓(xùn)練機(jī)器人做簡單的動作，比如走路、跑步和避開障礙物，”王說。“我們的下一個目標(biāo)是讓機(jī)器人能夠上下樓梯、在石頭上行走、改變方向和跳過障礙物。”