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            机器人马拉松!德国人形机器人挑战「90分钟早餐管家」,道阻且艰

            2021-07-29

            文章转自 机器人大讲堂

            在许多影视剧里,机器人成为了人们生活的管家,能解决所有家务,做饭也不在话下。

            事实上,即使在机器人技术飞速发展的今天,人们也未能制造出一个这样的机器人。最近,德国不来梅大学的研究人员进行了一项“机器人家庭马拉松实验”(Robot Household Marathon的实验,来调查和评估机器人进行移动操作的可扩展性和稳健性。

            研究人员使用了PR2Personal Robot 2,个人机器人2代)型机器人来进行实验。


            我们曾经介绍过PR2型机器人在做家务领域的技能:

            做爆米花


            叠衣服


            搬运东西


            从冰箱里拿出啤酒


            本次,在德国不来梅大学的研究实验中,这个PR2型机器人进行了多次规定任务实验,其中3次成功在90分钟内完成摆放餐具、盒装牛奶和麦片,然后将餐具放入洗碗机,牛奶盒扔进垃圾桶,麦片放回原位这些任务。

            ▍整合抓取和语义理解,让机器人完成家务

            每当人们认为离家用机器人越来越近时,就会有新的研究表明人们还有很多研究需要做。目前,科研人员在抓取和语义理解等特定领域有了很多进展,但是将它们整合到一个可以真正自主完成工作的硬件平台还有很长的路要走。

            “家用机器人马拉松”实验中PR2型机器人需要完成的任务是准备早餐并清理桌面:首先是将碗、勺子、杯子、一盒牛奶和一盒麦片放到餐桌上,然后将餐具放入洗碗机,牛奶盒扔进垃圾桶,麦片盒放回原来的存放位置。


            这些物品的形状和外观各不相同,机器人只得到物品位置的象征性描述(在冰箱里,在柜台上)。这是一个非常现实但也非常有挑战性的场景,这可能解释了为什么PR2型机器人需要90分钟才能完成它。

            PR2型机器人在相对复杂的半结构化环境中完全自主的完成任务,不过分进行机器人优化设置?;魅嗽谕瓿烧庀钍笛橹斜硐殖鲋档每隙ǖ母兄?、运动规划、抓取、高级战略制定能力。

            ▍清理桌面比摆放早餐更难

            在整个实验过程中,摆放早餐任务的完成率高于清理桌面任务的完成率,机器人在这两个过程中面临不同的挑战。

            摆放早餐任务完成方面:经过多次尝试,最终机器人成功完成了五次摆放早餐任务。PR2型机器人在抓握勺子等不方便拿起的物体方面确实存在困难。不过,研究人员设计出的机器人算法框架可以自动调整参数并重试失败动作,然后取得成功。

            清理任务完成方面:由于使用洗碗机以及难以侧向抓住远离桌子边缘的物体,PR2型机器人完成清理任务较为困难,五次摆放早餐成功后,在进行清理桌面任务过程中成功了三次,其余两次都出现了无法恢复的失败。

            一次是由于PR2型机器人抓取轨迹不稳定并且没有完美跟踪,导致抓取过程中机器人手指将牛奶推开,盒子掉到了地上。虽然在程序设置上,PR2型机器人是可以拿起一个翻倒的杯子,并将它成功带到桌子上,但要它从地面拿起牛奶盒则不可能成功。

            另一次是发生在将麦片盒子放入垂直抽屉时。因为机器人必须达到很高功率,但是会接近其关节极限,所以会出现,当抓手打开时,盒子落在架子的一侧,抽屉关闭时盒子被压坏。


            研究人员致力于这样的实验,将他们的机器人置于实际环境中,在很长时间内在完全自主的情况下执行实际任务。人们经??吹叫矶喑耪飧龃蠓较蚍⒄沟慕ソ窖芯?,让机器人在现实世界中变得足够有用。

            ▍机器人自主完成任务能力提升

            目前,机器人在半结构化环境下,已经能够较顺利地完成任务,类似摆放早餐任务成功率更高。

            启用机器人自主完成真实世界的任务,来逐渐减轻人类完成繁琐工作的负担已经在实验层面取得阶段性成功,下一步就是继续优化,进而投入实际生活。


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