物理科技生物学-PHYICA

利用魔方改进和评估机器人操作

技术工程 2022-04-19 21:56:15

Using Rubik’s cube to improve and evaluate robot manipulation Credit: Yang等人华盛顿大学的研究人员最近开发了一种新的协议,用于训练机器人并测试它们在涉及物体操纵的任务中的表现。该协议发表在《IEEE机器人与自动化快报》上的一篇论文中,基于匈牙利雕塑和建筑师ernő·鲁比克发明的著名3D组合拼图“魔方”。在他们之前的一项研究中,该团队仔细研究了机器人如何获得顺序操纵技能,例如处理魔方所需的技能。在他们的实验中,他们观察到在完成3D组合拼图时,人类和机器人发现的挑战之间的不匹配。

“对于我们人类来说,决定采取什么行动来完成魔方是一项挑战,但对我们来说,根据需要物理操纵和扭曲魔方是非常容易的,”进行这项研究的研究人员之一杨博林告诉TechXplore。“对于机器人来说,情况正好相反。机器人只需要几秒钟来执行一个基于搜索的算法,该算法可以确定解决立方体的一系列移动。然而,在现实世界中执行单独的操作需要亚厘米级的定位精度。”

学习操纵魔方对机器人来说是非常具有挑战性的,因为它涉及一系列连续的移动。这意味着机器人犯的个别错误会累积,影响其在任务中的整体表现。

杨和他的同事认为,误差的积累是影响机器人在顺序操作任务中表现的关键问题。由于魔方涉及顺序操作,他们提议使用该拼图来评估机器人的操作技能,并将其与其他机器人系统的操作技能进行比较。

“魔方操作需要足够的精确度,特别是在长序列的操作中,”杨说。“因此,一个机器人能够正确、快速地操纵一个魔方,就代表着高操纵性能。在我们的协议中,机器人需要尽可能快地执行一系列魔方操作。”

杨和他的同事们开发的协议评估了机器人完成魔方的速度和准确性。作为他们研究的一部分,研究人员在一系列测试中展示了它的潜力和适用性。

在第一次测试中,他们用它来评估两种提高机器人操纵技能的基线算法技术,使用的是由Willow Garage设计的机器人平台PR2。随后,该团队列出了一系列步骤,让另一个著名的机器人Herb完成魔方。这证实了他们的协议可以应用于各种机器人平台。

“机器人可以通过成功完成大量操作和/或最小化执行操作所需的时间,在我们的协议中获得高分,”杨解释说。"我们的协议因此建立了一个基线,其他研究人员可以比较他们的系统."

在未来,杨和他的同事们设计的协议可以用来评估不同的计算方法,使机器人操纵和比较红外速度,准确性和整体效率。此外,该团队的初步研究结果表明,该协议适用于各种机器人平台。

“我们相信,拥有这样的标准将使机器人研究人员能够更清楚地确定机器人操纵的发展方向,”杨补充说。“对于更普通的观众来说,魔方是可以理解的,甚至几乎每个人都可以观看,因此它可以作为学生接触机器人的一个途径。我们现在有兴趣邀请不同领域的专业研究人员,如传感、规划和机械手设计,来尝试我们的基准,并使用它来提高机器人操纵的准确性和速度。”

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