仿人机器人研发所面临的挑战

  8月20日消息,2018世界机器人大会拟于8月15日至19日在北京亦创国际会展中心举行。大会以“共创智慧新动能 共享开放新时代”为主题,由“论坛”、“博览会”、“大赛”、“地面无人系统展示活动”四大版块构成。 本届大赛汇聚了来自美国、俄罗斯、德国、日本、以色列等全球近20个国家和地区的1万余支赛队和数百名顶尖专家,共计超过5万多名参赛选手同台竞技。

 

  西班牙马德里卡洛斯三世大学教授Carlos Balaguer在论坛上发表了题为“欧洲仿人机器人研发的当前趋势与未来挑战”的演讲。

 

  人形机器人方面也是欧洲面临的一个很大的挑战,人形机器人的研究在我们这里也是比较有挑战性的。这是一些真实环境当中的真实应用,我们也非常积极地研究智能感知型的人机互动,也有几家公司已经能够生产并且销售人形的机器人,我这里说的是全尺寸的人形机器人。这是欧洲地图,有些领域在这个地方的研究还是非常活跃的,比如慕尼黑重点研究DLR,洛桑研究EPF,法国蒙比利埃都在研究这种人形机器人。人形机器人最知名的是Toro,这是由德国DLR研究出来的。

 

  我们的研究当然是要和整个行业共同进行,欧洲的机器人学会也主办了一些会议,这些会议当中有些实验室和企业都会参与进行相互交流和沟通,任何会议当中都需要学术界和产业界的人们共同探讨。这是欧洲生产人形机器人的几家主要公司,相对规模都比较小。

 

  这里有几张人形机器人的图片,可以用作重型的运输工作,包括Pepper,这是软银的人形机器人。这三个人形机器人都是已经生产出来的机器人,不仅仅是应用在实验室当中。这些公司在和大学研究机构的合作中都是非常活跃的,他们也在不断地生产新的产品的原型,要想不断推出新的产品,和研究机构的合作是非常重要的。

 

  人形机器人指的到底是什么?首先是有人的形状,但到底有几个支撑点是不确定的。这是一个比较典型的人形机器人,叫做Walker,现在又做了另外一个样子:第一个和第二个的差别就在于,第一个是有两个支撑点,第二个是有四个支撑点,用的是轮子,有些环境当中第二个用得更好,在一些条件下更稳定,也更易于控制,这种移动的方式取决于应用的环境。

 

  大多数情况下机器人需要完成比较复杂的任务,可以看到西班牙马德里的Power Robotics生产的机器人,最新的创新是在关节上面用了新的技术,使得它的关节更加精准,而且可以做更加复杂的控制。机器人可以握手,不同位置的时候也会根据情况进行移动,整个过程当中是非常稳定的,所以这种全身体的稳定性是非常复杂的,底层、中层和高层使得这种全身的稳定性成为可能。

 

  这个例子在握手的时候不是单点的稳定,而是多点的稳定,两条腿两条胳膊和膝盖,所以很有可能需要各种设置实现这种稳定性。这里有一个主控制矩阵,展示的系统是来自DLR,体现出的是多接触点的平衡控制,一个是平衡,另一个是操作,我们把这两个活动脱钩,可以让它们同时来做。我们可以看到由一个手臂支持,如果你推它,发现它也是比较稳定的。

 

  这个例子是多接触的操控,也是蒙比利埃的HRP4,是由伊尔教授领衔的,主要想法是如何控制多任务,首先是有稳定的任务,其次是有视觉追踪的任务,还有组装的任务等等,这个视频当中可以看到我们是怎样完成视觉任务的。两只手同时操控,这里看到的是复杂的全身稳定支持系统。

 

  实验室当中我们还在做一些其它的应用,主要是在家用的场景。第一个应用就是活动服务员的机器人,如果不能保持稳定的话东西就会从它的手中掉下来,所以我们需要真正能够控制它的稳定性,控制机器人和物体的稳定性。在我们的实验室当中,我们有几个控制环路,力量控制、位置控制、视觉控制等等,这是稳定性的实验。

 

  这段视频让我们看到实验室当中的机器人是怎样进行灵活的衣物折叠,折叠之前还可以对其进行熨烫,熨烫也是非常具有挑战性的工作,我们开发了熨烫的应用,希望使得机器人能够在家庭当中起到帮助我们的作用。之前我们也有一些积累,就是关于如何进行衣服的熨烫,熨烫是一项非常复杂的工作,不仅仅是要有一定的轨迹,同时还有力量控制,同样一个地方不能熨烫次数太多,因为可能导致衣服的毁坏,所以需要有视觉的导航。

 

  这个过程当中有的时候会遇到一些问题,就是衣服上的皱纹。我们开发出的这种可以应对皱纹的机器人熨烫系统,不管是平坦的衣服还是发皱的衣服都可以判断皱纹的方向,也可以看到熨烫衣服的情景,第一步是常用的熨烫,可以控制自己的力量,依照一定的轨迹运动,完成这个部分的熨烫的时候可以看到下一个视频当中我们怎样避免,针对有皱纹的区域要有特别的方向进行熨烫,而且是做非常细心的、小心的熨烫。

 

  未来的挑战是什么呢?近期也有很多的挑战,可以把它说成几种:一种是环境与机器人的互动,包括人类和机器人、环境和机器人的互动,机器人必须要和它的周围环境进行互动,这是一个新的范式和挑战。我们也需要提升它的身体感知,不仅仅是传感器传来的信息,而且还有两只手可以分离独立的感知,一只手在做一件事情,另一只手在做另外一件事情,那么在获得不同传感信息的时候怎么办?

 

  机器人学习是一个很热的话题,我们需要边做边学,不可能专门花时间进行学习,学习也是一种工具,而不是目标,要让这项工具更加有效率需要适应周围的环境、适应情景、适应文化,以及各国的差异。人形机器人的生物科技也很重要,柔性的、接近真实的皮肤感觉和刺激反应,这些都是前沿的研究。中期来说,机器人要有想像力,也就意味着我们可以学习一些事情。比如蓝色的剪刀,我们可以从中提取一些新的信息,比如拿一个蓝色的电话机,没有人教会我们什么是蓝色的电话机,但我们可以从前面得出推理,也就是机器人要有想像力,这是我们在中期的梦想。

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发布日期:2019年03月03日  所属分类:工业控制