致力于合作伙伴感知的人形機(jī)器人控制

意大利理工學(xué)院(IIT)的研究人員最近提出了一種耦合動(dòng)力學(xué)形式主義和一種利用與人形機(jī)器人進(jìn)行有益互動(dòng)的新方法。他們的論文預(yù)先發(fā)布在arXiv上，也提出了許多基于任務(wù)的合作伙伴感知技術(shù)，用于人形機(jī)器人控制。

“機(jī)器人正在快速發(fā)展，最近的許多發(fā)展都是為了解決目前放置機(jī)器人的圍欄，使他們更安全地與環(huán)境和人們進(jìn)行身體互動(dòng)，”Yeshasvi Tirupachuri，其中一位研究人員這項(xiàng)研究告訴TechXplore。

人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與人類(lèi)相似，體現(xiàn)了擬人的能力，使他們能夠積極參與人類(lèi)環(huán)境。除了確保它們對(duì)與外部代理的物理交互作出反應(yīng)之外，IIT的這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)還試圖使他們能夠積極地與代理商互動(dòng)和互動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。

“我們認(rèn)為這種研究方法可以讓機(jī)器人在許多任務(wù)中更有資源，無(wú)論是幫助人類(lèi)還是增強(qiáng)人類(lèi)能力，”蒂魯帕丘里說(shuō)。

意大利理工學(xué)院(IIT)目前正在開(kāi)展一項(xiàng)名為An.Dy的項(xiàng)目，該項(xiàng)目由歐洲委員會(huì)資助，旨在加強(qiáng)人機(jī)器人和機(jī)器人 - 機(jī)器人的協(xié)作。他們最近的研究工作特別側(cè)重于理解和利用人形機(jī)器人與外部代理人的物理交互。

“我們研究的主要目標(biāo)是制定一個(gè)通用的數(shù)學(xué)框架，即一種語(yǔ)言，通過(guò)該語(yǔ)言，機(jī)器人可以理解其與外部代理的物理交互，以及定義如何利用這些交互來(lái)完成任何任務(wù)。機(jī)器人，“蒂魯帕丘里說(shuō)。

在他們最近發(fā)表的論文中，研究人員提出了一種耦合動(dòng)力學(xué)形式和一種改進(jìn)與類(lèi)人機(jī)器人相互作用的新方法，以及用于人形機(jī)器人控制的新的基于任務(wù)的伙伴感知技術(shù)。

“機(jī)器人是由多個(gè)剛體組成的系統(tǒng)，”蒂魯帕丘里解釋說(shuō)。“管理這種剛體系統(tǒng)的物理定律被封裝在系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)中，有助于理解系統(tǒng)如何在外部影響下及時(shí)發(fā)展。如果多個(gè)代理參與物理交互，個(gè)體代理的動(dòng)態(tài)孤立地觀察，不會(huì)提供足夠的信息來(lái)理解它的系統(tǒng)演變。“

這種限制主要是由于人形機(jī)器人的物理相互作用過(guò)程中機(jī)械耦合的復(fù)雜性。研究人員表示，為了更好地理解這些相互作用，他們必須將兩個(gè)相互作用系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)結(jié)合起來(lái)，而不是孤立地考慮。

“我們因此考慮了組合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，并提出了一種耦合動(dòng)力學(xué)形式，通過(guò)它可以在與任何外部因素的物理交互中徹底理解機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，”蒂魯帕丘里說(shuō)。“為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相互作用的動(dòng)力學(xué)也采用數(shù)學(xué)語(yǔ)言制定，類(lèi)似于機(jī)器人系統(tǒng)，采用剛體假設(shè)。”

通常，力 - 扭矩傳感器放置在人形機(jī)器人上，使其能夠理解由外部相互作用劑引起的外部擾動(dòng)。然而，研究人員決定專(zhuān)注于外部代理在與機(jī)器人系統(tǒng)接觸時(shí)所付出的努力。

蒂魯帕丘里解釋說(shuō)：“即使在身體上的相互作用下，代理人的努力在很大程度上也是自我管理和自我調(diào)節(jié)的。” “在剛體系統(tǒng)的假設(shè)下，代理人的努力通過(guò)聯(lián)合扭矩進(jìn)行定量表示。因此，通過(guò)耦合動(dòng)力學(xué)，我們的控制技術(shù)使機(jī)器人能夠理解與代理人的努力方式之間的外部代理交互是如何發(fā)生的。如果有助于實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)，機(jī)器人就會(huì)利用這種努力。“

因此，與之前的努力相比，Tirupachuri和他的同事設(shè)計(jì)的方法旨在增強(qiáng)機(jī)器人對(duì)其正在與之交互的外部代理的意識(shí)。他們的研究可以為更具響應(yīng)性的人形機(jī)器人的開(kāi)發(fā)鋪平道路，這些機(jī)器人在涉及人機(jī)交互的任務(wù)中表現(xiàn)更好。

“我們想象的場(chǎng)景涉及一個(gè)人體和人形機(jī)器人進(jìn)行物理交互，”蒂魯帕丘里說(shuō)。“在未來(lái)的工作環(huán)境中，這種情況將非常重要，機(jī)器人和人類(lèi)將協(xié)作以促進(jìn)工作空間的”人體工程學(xué)“，從而避免危害人類(lèi)健康的情況。在這種情況下，人類(lèi)穿著感知的套裝，運(yùn)行我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的一種新算法，用于從人體獲取完整的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)信息。“

在對(duì)兩個(gè)人形iCub機(jī)器人進(jìn)行一般控制框架測(cè)試時(shí)，研究人員遇到了一系列挑戰(zhàn)，需要充分解決這些挑戰(zhàn)才能推動(dòng)項(xiàng)目向前發(fā)展。

“我們面臨的主要限制是由于iCub手的當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的某些方面，顯然不能執(zhí)行任何動(dòng)力抓握以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的物理互動(dòng)，”Tirupachuri說(shuō)。“我們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)一種新穎的機(jī)械裝置，以克服這個(gè)缺點(diǎn)。”

蒂魯帕丘里和他的同事正在研究一種實(shí)時(shí)人體動(dòng)態(tài)估計(jì)系統(tǒng)。一旦該系統(tǒng)完全開(kāi)發(fā)，他們計(jì)劃通過(guò)運(yùn)行涉及人類(lèi)代理和類(lèi)人機(jī)器人的更多實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證他們的理論。

“我們還處于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初始階段，在外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)上實(shí)施我們的方法，這將有助于人類(lèi)在工業(yè)車(chē)間設(shè)置的裝配線上完成頭頂任務(wù)，”Tirupachuri說(shuō)。“這旨在通過(guò)提供符合人體工程學(xué)的支持來(lái)重復(fù)執(zhí)行任務(wù)，從而提高人類(lèi)的舒適度。”

最后，研究人員還在研究涉及兩個(gè)機(jī)器人的新物理交互場(chǎng)景 - 例如，將物體放在一起。這些任務(wù)帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)榭刂圃O(shè)計(jì)需要考慮對(duì)象的動(dòng)態(tài)，同時(shí)還要考慮兩個(gè)機(jī)器人的共享自主權(quán)以成功實(shí)現(xiàn)任務(wù)。