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研究人员开发机械“影子手”:玩转魔方不在话下

发布时间:2019-08-05 11:19:10  来源:IT之家    背景:

  人类可以相对轻松地玩弄魔方,但对于机器人来说,这一直以来都非常困难。(常见的2x2x2魔方共有367.416万个内部组合。)这并不是说没有机器人能玩得转魔方——麻省理工学院的一项发明最近以破纪录的0.38秒内解出魔方——但这种机器人通常都涉及专门制造的马达和控制器。

  令人鼓舞的是,腾讯和香港中文大学的一组研究人员表示,他们设计了一款使用多指手的魔方操纵手。在发布在预印论文网站Arxiv.org上的一篇论文(“学习用灵巧的手来解魔方”)中,研究人员称他们由人工智能驱动的系统——包括一个用来求出最优动作顺序的魔方求解器,以及一个可控制五个手指的魔方操作器——在1400多次试验中取得90.3%的平均成功率。

  “灵巧的手部操作是机器人达到人类水平的灵活性,完成涉及大量接触的日常任务的关键部分。”研究人员写道,“尽管取得了进展,但可靠的多指灵巧手操作仍然是一个开放的挑战,因为它具有复杂的接触模式、高维的动作空间和脆弱的机械结构。”

 

  ▲研究人员的系统在虚拟环境中操纵魔方。

  该团队的解决方案是一个分层系统,它结合了基于模型和无模型的规划和操作组件。上面提到的魔方求解器负责寻找恢复魔方的最优动作顺序,而控制器——涉及两个原子动作、魔方旋转和分层操作——则负责一步一步地执行每个动作。

  研究人员指出,运动学和关节运动使得部分动作比其他的动作更难完成。他们分别训练了几个模型,以便定量比较它们的可靠性。为了提高魔方旋转和分层操作(在没有得到反馈信号的情况下循序执行)的稳健性,他们实施了一个回退机制来一步步检查魔方的状态。

  该团队利用Roboti的Mujoco(多关节接触动力学)来验证他们的方法。Mujoco是为机器人和生物力学的研究和开发而设计的一个物理引擎。在Mujoco内,他们使用了一个灵巧的人手大小的机械手。该机械手被称为“影子手”(Shadow Hand),它的中指和无名指各有三个驱动关节和一个欠驱动关节,小指和拇指有五个驱动关节(手腕有两个驱动关节)。在一个实验中,影子手的任务是操纵一个虚拟的魔方来实现一个目标姿态,而在另一个实验中,它必须操纵两层来实现一个目标角度。

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