仿人機器人解釋了使用三步法舉起物理特性未知的沉重箱子的可行性

仿人機器人（仿人機器人具有與人體相似的構(gòu)型）可能會迅速協(xié)助個人完成各種任務(wù)。這些機器人旨在完成的大部分任務(wù)包括選擇各種形狀，重量和大小的對象。

盡管許多經(jīng)過開發(fā)的仿人機器人能夠拿起小巧輕巧的物體，但是通常很難舉起笨重的物體。實際上，如果物體太大或太重，機器人可能會發(fā)現(xiàn)自己在摔落或摔碎物體。

考慮到這一點，約翰·霍普金斯學(xué)院和新加坡全國大學(xué)（NUS）的研究人員最近才開發(fā)出一種方法，該方法可以使機器人找出是否能夠攜帶未知體積的重物。這種方法是在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中介紹的，它可以使機器人能夠更有效地搬運物體，從而減少了機器人解決無法解決或搬運的問題的機會。

“在提升人體參數(shù)未知的領(lǐng)域的可行性方面，我們特別關(guān)注了仿人機器人的運動方式，”進行這項檢查的許多研究人員之一韓元鋒指出。完成搬運任務(wù)，機器人通常必須首先確定該領(lǐng)域的身體參數(shù)，然后生成一個完整的運動軌跡并且符合現(xiàn)場的安全“。

機器人產(chǎn)生允許其攜帶對象的運動軌跡的方法將在計算上要求很高。實際上，仿人機器人有時具有過多的自由度，其體形為攜帶物體而必須進行的運動應(yīng)該滿足許多完全不同的約束。因此，如果一個物體太重或它的質(zhì)量中心離機器人太遠，則機器人幾乎肯定無法完成該運動。

定義我們的動機之后，請考慮我們這些人，我們是否能夠舉起類似于啞鈴的重物。“我們首先用啞鈴實驗，以確保對物品有一定的感覺。然后，主要基于我們較早的專業(yè)知識，我們會知道它是否太重而無法攜帶。同樣地，我們的技術(shù)始于建立一個軌跡工作臺，該工作臺通過仿真為機器人節(jié)省了完全不同的合法舉升運動，相當(dāng)于各種領(lǐng)域的身體參數(shù)。然后，機器人會考慮使用這張辦公桌，因為它擁有早期的專業(yè)知識。”

Han與他的同事Ruiui Li和他的主管Gregory S. Chirikjian（NUS的教授兼機械工程學(xué)系主任）合作開發(fā)的方法允許機器人通過簡單地獲取磁場的慣性參數(shù)與之互動。隨后，該機器人似乎再次處于該策略生成的軌跡臺上，并檢查它是否具有提升運動以使其可以攜帶帶有這些估計參數(shù)的場地。

如果存在這種運動或軌跡，則應(yīng)考慮可能要舉起物體，并且機器人可以立即履行職責(zé)。如果不存在，則機器人會考慮超出其能力的職責(zé)。

“從根本上說，我們的技術(shù)離線構(gòu)建的軌跡臺會根據(jù)磁場的慣性參數(shù)變化保存合法的全身舉升運動軌跡，” Han說。“隨后，我們開發(fā)了一種基于物理交互的主要算法，可幫助機器人安全地與磁場協(xié)同工作并估算磁場的慣性參數(shù)。”

全新的方法使機器人可以快速決定是否能夠完成舉升相關(guān)的過程。因此節(jié)省了時間和計算能力，因為它避免了機器人必須在每次舉升嘗試之前（甚至是失敗的舉升嘗試）更早地進行全身運動。Han和他的同事們利用NAO機器人（軟銀機器人公司開發(fā)的一種著名的仿人機器人）在一系列動作中評估了他們制定的策略。在這些試驗中，NAO迅速成功地識別了使用全新方法無法實現(xiàn)或非常麻煩的物體。不久的將來，不同的人形機器人可能會使用相同的方法，使它們在完成載重物或重物的任務(wù)時更加可靠且對環(huán)境友好。該技術(shù)可以顯著提高取放任務(wù)的工作效率，特別是對于可重復(fù)的任務(wù)，在未來的工作中，計劃將此策略用于完全不同的目標(biāo)或任務(wù)。

參考文獻：Han Y, Li R, Chirikjian G S. Can I lift it? Humanoid robot reasoning about the feasibility of lifting a heavy box with unknown physical properties[J]. arXiv preprint arXiv:2008.03801, 2020.