即使讓機(jī)器人完成一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，也需要進(jìn)行大量的幕后工作，其中一部分挑戰(zhàn)是計(jì)劃和執(zhí)行動(dòng)作，如轉(zhuǎn)動(dòng)輪子和舉起機(jī)械臂。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，機(jī)器人專(zhuān)家與程序員合作開(kāi)發(fā)出一套無(wú)障礙、可供機(jī)器人使用的軌跡或路徑。據(jù)外媒報(bào)道，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所（RI）的研究人員正在開(kāi)發(fā)新的方法以繪制這些軌跡。
（圖片來(lái)源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）
RI博士后研究員William Zhi等人提出使用草圖向機(jī)器人展示如何移動(dòng)的方法。該團(tuán)隊(duì)將在日本橫濱舉行的IEEE國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議（IEEE International Conference on Robotics）上展示他們的工作。Zhi表示：“傳統(tǒng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡生成方法需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行特定的編程。人類(lèi)可以通過(guò)草圖推斷復(fù)雜的指令，我們希望機(jī)器人也能做到這一點(diǎn)?！?/p>
最近已有探討使用自然語(yǔ)言來(lái)控制機(jī)器人的初步工作，但研究人員主要是測(cè)試不同的方法來(lái)教機(jī)器人通過(guò)演示進(jìn)行學(xué)習(xí)。有兩種主要的方法可以做到這一點(diǎn)，一種方法依賴(lài)于動(dòng)覺(jué)教學(xué)，即人類(lèi)記錄機(jī)器人走到哪里，然后對(duì)機(jī)器人進(jìn)行物理調(diào)整，將其關(guān)節(jié)置于所需的位置；另一種方法是遙操作，用戶(hù)通過(guò)專(zhuān)用的遙控器或操縱桿來(lái)操作機(jī)器人，然后記錄演示過(guò)程以供機(jī)器人模仿。
但是，這兩種方法均存在不足。具體來(lái)說(shuō)，動(dòng)覺(jué)教學(xué)要求用戶(hù)與機(jī)器人處于同一空間。更值得注意的是，手動(dòng)調(diào)整某些機(jī)器人比較困難，而且相關(guān)難度只會(huì)隨著移動(dòng)機(jī)器人而增加，例如有手臂的四足機(jī)器人。遠(yuǎn)程操作則要求用戶(hù)進(jìn)行精確的控制，并且需要時(shí)間來(lái)讓機(jī)器人完成移動(dòng)。
RI團(tuán)隊(duì)的繪制軌跡方法可以教會(huì)機(jī)器人如何移動(dòng)，而沒(méi)有動(dòng)覺(jué)教學(xué)或遠(yuǎn)程操作的缺點(diǎn)。在這種新穎的方法中，機(jī)器人從其工作環(huán)境圖像上的繪制動(dòng)作中進(jìn)行學(xué)習(xí)。為了收集環(huán)境圖像，該團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)地點(diǎn)設(shè)置了攝像頭，從不同的角度拍攝照片。然后，研究人員在圖像上繪制出機(jī)器人所需的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將2D圖像轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以理解的3D模型。他們通過(guò)一種名為光線追蹤的技術(shù)來(lái)完成這種轉(zhuǎn)換，利用物體上的光和影來(lái)估計(jì)它們與攝像頭的距離。
該團(tuán)隊(duì)生成3D模型后，就把它們交給機(jī)器人進(jìn)行跟蹤。就配備機(jī)械臂的四足機(jī)器人而言，研究人員在所拍攝的每張照片上繪制了三個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡，以演示機(jī)械臂應(yīng)該如何移動(dòng)。他們使用光線追蹤將圖像轉(zhuǎn)換為3D模型，然后機(jī)械臂會(huì)學(xué)習(xí)在現(xiàn)實(shí)世界中跟蹤這些軌跡。
利用該項(xiàng)技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)已訓(xùn)練其四足機(jī)器人來(lái)關(guān)閉抽屜、畫(huà)出字母“B”和掀翻盒子等。研究人員還對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了編程，讓它在特定的軌跡結(jié)束時(shí)打開(kāi)抓手，這樣就可以把物體扔進(jìn)盒子或杯子里。此外，他們還可以將教給機(jī)器人的動(dòng)作擴(kuò)展至許多不同的任務(wù)中。Zhi表示：“我們可以教機(jī)器人做一些事情，然后把它切換到不同的起始位置。這樣機(jī)器人就可以采取同樣的行動(dòng)。我們可以得到相當(dāng)精確的結(jié)果?！?/p>
目前，這種方法只適用于具有剛性關(guān)節(jié)的機(jī)器人，而不適合軟機(jī)器人，因?yàn)檫@需要考慮關(guān)節(jié)角度以及它們?nèi)绾螌?duì)應(yīng)空間中的各個(gè)點(diǎn)。但是，處理硬件也存在一系列挑戰(zhàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這個(gè)四足機(jī)器人有時(shí)會(huì)在做了一個(gè)動(dòng)作后失去平衡，比如伸出手臂去關(guān)上抽屜。這是該團(tuán)隊(duì)正在為該程序下一次迭代研究的參數(shù)之一。
Zhi表示：“在這個(gè)領(lǐng)域，人們更為關(guān)注利用演示生成更好的動(dòng)作的算法。這項(xiàng)研究是我們使用軌跡草圖來(lái)指導(dǎo)機(jī)器人的開(kāi)端。我們的設(shè)想是，在制造業(yè)環(huán)境中，如果有人不擅長(zhǎng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，他們只需在iPad上畫(huà)草圖并與機(jī)器人協(xié)作，這就是這項(xiàng)工作未來(lái)可能的發(fā)展方向?！?/p>
