一組研究人員設(shè)計(jì)了一種機(jī)器人系統(tǒng)，使低成本的小腿機(jī)器人能夠在幾乎任何障礙物或地形上導(dǎo)航。機(jī)器人可以爬上和下樓梯接近它的高度，或者在多巖石、濕滑、不平坦、陡峭和多變的地形上行走。它還可以穿越縫隙、攀爬巖石并在黑暗中行動(dòng)。

開發(fā)該系統(tǒng)的項(xiàng)目由卡內(nèi)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進(jìn)行。

賦予小型機(jī)器人新技能

Deepak Pathak 是機(jī)器人研究所的助理教授。

Pathak 說：“讓小型機(jī)器人能夠爬樓梯和處理各種環(huán)境對于開發(fā)可用于人們家中以及搜救行動(dòng)的機(jī)器人至關(guān)重要。”“該系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(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)。”

該機(jī)器人在公園不平坦的樓梯和山坡上進(jìn)行了測試，測試了它在墊腳石和濕滑表面上行走的能力。它還負(fù)責(zé)爬樓梯，相當(dāng)于人類跳過障礙。該機(jī)器人通過使用其視覺和小型機(jī)載計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了快速適應(yīng)和掌握地形的令人印象深刻的能力。

該機(jī)器人在模擬器中接受了 4,000 個(gè)克隆體的訓(xùn)練。這些克隆人練習(xí)行走和攀爬復(fù)雜的地形，模擬器的速度使機(jī)器人能夠在一天之內(nèi)獲得六年的經(jīng)驗(yàn)。

在訓(xùn)練期間學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)技能由模擬器存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，然后研究人員將其復(fù)制到真實(shí)的機(jī)器人中。這種創(chuàng)新方法意味著無需對機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行人工設(shè)計(jì)。

今天的許多機(jī)器人系統(tǒng)都依賴于創(chuàng)建周圍環(huán)境地圖的攝像頭，然后在執(zhí)行機(jī)器人動(dòng)作之前用它來規(guī)劃機(jī)器人的動(dòng)作。但是，由于映射階段的不準(zhǔn)確或誤解，此過程可能很慢并且容易出錯(cuò)。這些不準(zhǔn)確會(huì)影響計(jì)劃和運(yùn)動(dòng)。

雖然映射和規(guī)劃被證明對專注于高級(jí)控制的系統(tǒng)有用，但它們并不總是最適合低級(jí)技能的動(dòng)態(tài)需求，例如步行或跑步。

高效快速的機(jī)動(dòng)

新開發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)跳過了映射和規(guī)劃階段，直接將視覺輸入路由到機(jī)器人的控制。這基本上意味著機(jī)器人可以看到并相應(yīng)地移動(dòng)。這項(xiàng)突破性技術(shù)使機(jī)器人能夠非?？焖儆行У貙ζ鋸?fù)雜地形做出反應(yīng)。

機(jī)器人的動(dòng)作通過機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行訓(xùn)練，使得機(jī)器人成本低。被測試的機(jī)器人比市場上的替代品至少便宜 25 倍。據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱，他們的算法可以使低成本機(jī)器人更容易獲得。

Ananye Agarwal 是 SCS 博士。機(jī)器學(xué)習(xí)的學(xué)生。

“該系統(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，”Agarwal 說。“這種技術(shù)使系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中非常穩(wěn)健。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)。”

機(jī)器人系統(tǒng)深受大自然的啟發(fā)。對于一個(gè)不到一英尺高的機(jī)器人，它學(xué)會(huì)了采用人類用來跨過高障礙物的動(dòng)作，以爬上樓梯或障礙物的高度。該系統(tǒng)使用髖關(guān)節(jié)外展來克服對現(xiàn)有最先進(jìn)的有腿機(jī)器人系統(tǒng)來說甚至難以克服的障礙。

該團(tuán)隊(duì)還從四足動(dòng)物身上尋找靈感。

“四足動(dòng)物有一種記憶，可以讓它們的后腿追蹤前腿。我們的系統(tǒng)以類似的方式工作，”Pathak 說。

板載存儲(chǔ)器允許后腿記住相機(jī)看到的內(nèi)容，幫助它移動(dòng)障礙物。

Ashish Kumar 是一名博士。伯克利的學(xué)生。

“由于沒有地圖，沒有計(jì)劃，我們的系統(tǒng)會(huì)記住地形以及它如何移動(dòng)前腿并將其轉(zhuǎn)換為后腿，這樣做既快速又完美，”Kumar說。

這項(xiàng)新研究可以在解決圍繞有腿機(jī)器人的一些主要挑戰(zhàn)方面發(fā)揮重要作用。它甚至可以幫助引導(dǎo)它們在家庭中的使用。