楊凈 發(fā)自 凹非寺

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中科大團(tuán)隊(duì)最新研發(fā)的軟體機(jī)器人，有點(diǎn)接地氣！

他們主要是受象鼻啟發(fā)。

造出來的機(jī)器人是醬紫的。

跟以往普遍應(yīng)用于深海研究、醫(yī)療康復(fù)、制造等領(lǐng)域不同的是，它主要應(yīng)用在我們的日常生活中。

比如，給女朋友擰瓶蓋。

嗯，首先你得有個(gè)女朋友。

還可以開車轉(zhuǎn)手輪。

以及一些像開門、開抽屜、擦玻璃之類的日常任務(wù)，也統(tǒng)統(tǒng)不在話下。

這一軟體機(jī)器人由中科大計(jì)算機(jī)學(xué)院陳小平教授領(lǐng)銜打造，其研究成果入選機(jī)器人頂刊IJRR。

具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

如何實(shí)現(xiàn)？

這個(gè)機(jī)器人最大的特點(diǎn)，就是蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

基于這種結(jié)構(gòu)，制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負(fù)載能力的軟體手臂，其負(fù)載能力約為3Kg，負(fù)載自重比達(dá)到了1:1。

拆解來看，就是蜂巢結(jié)構(gòu)和氣囊的結(jié)合。

蜂巢的六邊形結(jié)構(gòu)密度小、壓縮性能和剪切性能高，可為氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供骨架，具有很好的支撐性。

這一結(jié)構(gòu)是使用桌面級(jí)3D打印機(jī)打印的，也就決定了這一機(jī)器人成本低、易制備。

團(tuán)隊(duì)成員表示，目前，最短兩天就可以打印出一只60cm長(zhǎng)的手臂，成本在3500元左右（包含材料費(fèi)和打印服務(wù)費(fèi)）。

如果以后實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，使用模具制作可以進(jìn)一步將制備時(shí)間縮短至分鐘級(jí)別。

而氣囊是彈性體內(nèi)部的一系列通道和腔室。當(dāng)氣囊充氣時(shí)，依靠蜂巢的結(jié)構(gòu)形變，能產(chǎn)生不同方向的彎曲運(yùn)動(dòng)或者伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)。

氣囊的制備使用的是成熟的尼龍布加工工藝，每條手臂大約需要250個(gè)氣囊，總成本約1000元。

除了蜂巢結(jié)構(gòu)和氣囊外，還有用于驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的比例調(diào)壓閥，是工業(yè)上常用的氣動(dòng)元件。

整個(gè)手臂使用了16個(gè)比例調(diào)壓閥進(jìn)行控制，成本約3萬元。

下一步我們將自研低成本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步降低總成本。

因此可以說，整個(gè)制備過程比較容易，各個(gè)元件都已經(jīng)有成熟的解決方案。

有了大體結(jié)構(gòu)，就要看如何執(zhí)行交互任務(wù)了。

研究團(tuán)隊(duì)提出了兩種控制方法。

第一種是基于簡(jiǎn)化Jacobian模型的反饋控制，利用機(jī)器人在交互過程中不受環(huán)境影響的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

第二種是基于Q-learning的控制方法，通過設(shè)置虛擬目標(biāo)來增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

受人執(zhí)行操縱任務(wù)的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了分層控制系統(tǒng)，包含行為規(guī)劃器和行為控制系統(tǒng)兩個(gè)部分。

而行為控制系統(tǒng)，又區(qū)分為高層行為控制器、低層運(yùn)動(dòng)控制器和控制終端。

具體來說，當(dāng)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，先由要行為規(guī)劃器，規(guī)劃出做什么的動(dòng)作。

以轉(zhuǎn)手輪為例，只需要“向前，向下，向后，向上”這四個(gè)行為，就能將手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。

然后再由高層行為控制器，在三維空間里設(shè)定目標(biāo)，然后傳給低層運(yùn)動(dòng)控制器，引導(dǎo)手臂沿著指定的方向。

而這里的“引導(dǎo)”，是指低級(jí)運(yùn)動(dòng)控制器為控制終端產(chǎn)生電壓，以產(chǎn)生相應(yīng)的壓力來驅(qū)動(dòng)軟臂。

最終，證明了在這一系統(tǒng)的控制下，軟體機(jī)器人能在沒有力傳感器和環(huán)境精確模型的情況下，像人一樣完成簡(jiǎn)單的交互任務(wù)。

背后的團(tuán)隊(duì)

而這一機(jī)器人，由中科大計(jì)算機(jī)學(xué)院陳小平教授團(tuán)隊(duì)打造。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)在軟體機(jī)器人領(lǐng)域研究近十年，曾先后獲得IEEE ROBIO 2016最佳會(huì)議論文獎(jiǎng)和哈佛大學(xué)軟體機(jī)器人挑戰(zhàn)賽第二名。

團(tuán)隊(duì)成員表示，

接下來團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)從自然界汲取靈感，開展軟體機(jī)器人的相關(guān)研究，拓展機(jī)器人技術(shù)的邊界，爭(zhēng)取早日讓機(jī)器人早日走進(jìn)千家萬戶。

關(guān)鍵詞： 中科大 團(tuán)隊(duì) 打造 機(jī)器人