導(dǎo)讀
近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，讓ABB的雙臂機(jī)器人YuMi學(xué)會(huì)了控制提線木偶。雖然這在大多數(shù)人看來(lái)是徒勞之功，但對(duì)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員來(lái)說(shuō)，這將為雙臂機(jī)器人學(xué)會(huì)更復(fù)雜的操作奠定了基矗
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雖然現(xiàn)實(shí)生活中并沒(méi)有亟需讓機(jī)器人學(xué)會(huì)操作提線木偶，但是在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員看來(lái)學(xué)會(huì)操作牽線木偶，會(huì)為它們將來(lái)學(xué)會(huì)操作復(fù)雜的物體，比如衣服和柔性床單等。他們將這個(gè)操作牽線木偶的系統(tǒng)稱(chēng)為PuppetMaster系統(tǒng)。
PuppetMaster系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分：機(jī)器人木偶操縱者的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述; 機(jī)器人可以操作的定制設(shè)計(jì)的弦驅(qū)動(dòng)牽線木偶; 和目標(biāo)牽線木偶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)重現(xiàn)。
需要指出的是，這實(shí)際上是一件非常復(fù)雜的事。首先，牽線木偶是低欠驅(qū)動(dòng)，高維，高度非線性耦合擺系統(tǒng)。一個(gè)典型的牽線木偶由不同的力量驅(qū)動(dòng)，例如重力，人體操作通過(guò)弦線的張力和內(nèi)力; 第二，木偶操作者的行為與牽線木偶的動(dòng)作之間沒(méi)有直觀的聯(lián)系。因而掌握牽線木偶的操作，組要重復(fù)不斷的練習(xí)。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的PuppetMaster系統(tǒng)，利用前向動(dòng)力學(xué)模擬產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)衍生物來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)器人的行為將如何影響牽線木偶的運(yùn)動(dòng)。研究人員采用二階靈敏度分析來(lái)表達(dá)牽線木偶和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡之間的關(guān)系，并建立了一個(gè)基于物理的仿真模型，以幫助牽線木偶和機(jī)器人實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
研究人員開(kāi)始進(jìn)行一些初步測(cè)試，例如將鐘擺放在杯子里，同時(shí)避開(kāi)障礙物�？此坪�(jiǎn)單的動(dòng)作，但是障礙物的位置不同，用力的角度和力的大小都會(huì)有很大不同。這需要經(jīng)過(guò)不斷的測(cè)試與模擬。
這之后，他們逐漸提高了控制的難度。比如控制一只燕子。研究人員還優(yōu)化了機(jī)器人設(shè)計(jì)元素，如手柄配置，以使對(duì)更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
再之后，他們還讓PuppetMaster系統(tǒng)學(xué)會(huì)了控制四足機(jī)器人。在這里也能看出這套系統(tǒng)的弊端，實(shí)際操作和仿真結(jié)果有時(shí)候并不能完全一致。
雖然這項(xiàng)研究為未來(lái)的機(jī)器人木偶操作奠定了良好的基礎(chǔ)，但研究人員承認(rèn)仍有待改進(jìn)的領(lǐng)域，例如上文所說(shuō)的模擬與現(xiàn)實(shí)世界結(jié)果之間的差異。木偶運(yùn)動(dòng)的范圍和細(xì)微之處也很大程度上取決于機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。到目前為止，機(jī)器人只能在循環(huán)中執(zhí)行迭代運(yùn)動(dòng)，研究人員希望在未來(lái)探索開(kāi)環(huán)牽線木偶。
機(jī)器人木偶操作背后的含義超出了娛樂(lè)范圍。將機(jī)器人的靈活性提高到人手的水平，開(kāi)啟了各種類(lèi)型工作自動(dòng)化的潛力，例如在家折疊衣服或在酒店鋪床，在建筑工地上使用大錘等等。
http://crl.ethz.ch/papers/puppetMaster.pdf
