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(shí)避開靜態(tài)和移動(dòng)的障礙物。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了測(cè)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(dòng)。同時(shí)，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(shí)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(xiǎn)的空間中收集信息的機(jī)器人。

這項(xiàng)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(huì)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(dòng)、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(shí)使用的。

將本體感覺與計(jì)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(jì)算機(jī)工程教授。

“在一種情況下，這就像訓(xùn)練一個(gè)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(jì)劃其腿部運(yùn)動(dòng)。這不是同時(shí)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(jì)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(dòng)，同時(shí)避開障礙物，而不僅僅是明確定義的環(huán)境。”

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的系統(tǒng)依賴于一組特殊的算法來融合實(shí)時(shí)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(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。

“問題在于，在實(shí)際操作過程中，有時(shí)從攝像頭接收?qǐng)D像會(huì)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(shí)到達(dá)，”他解釋道。

該團(tuán)隊(duì)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(shí)快速做出決策，并預(yù)測(cè)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(dòng)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(duì)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(dòng)作，比如走路、跑步和避開障礙物，”王說。“我們的下一個(gè)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。”