东京大学机器人学会修理自己,可节省大量维修时间

机器人身上开始出现越来越多的仿人关节,这在让它们更灵活的同时,也意味着要铆更多的螺丝钉。

这给维护人员增加了不少工作量,必须要花费大量时间去检查和维修,给机器人拧螺丝。

东京大学的研究人员 Takayuki Murooka、Kei Okada 和 Masayuki Inaba 意识到了这个问题,经过一系列研究之后,他们教会了机器人自己拧紧螺丝,而且,机器人还顺便学会在自己背上安了一个挂钩,方便人们挂包包。

研究团队向机器人输入了 CAD 数据,这样机器人就准确地知道了所有螺丝钉的位置。

尽管它不能直接检测出自己的哪一颗螺丝钉出了问题,但是如下图所示,它能通过机器人连杆的姿态来判别自己的物理姿势和数字模型是否匹配,如果不匹配的话,它会知道自己的骨架有点散了。之后它利用 CAD 数据计算出要拧紧的螺丝的位置,然后上紧螺丝。

或者别人告诉它哪一个螺丝松了,根据触发器的信息,机器人可以大致算出螺丝的位置,它也会自己重新上紧。

图 | 拧紧螺钉系统概述(来源:论文)

这个研究还有一个令人惊叹的地方,很多机器人在被设计的时候都是按照人的胳膊和腿的活动范围来设置机械臂的参数,但是这些设计人员把机器人的手臂限制去除了。也就是说,人在挠痒痒的时候会有一些背部盲区,但是机器人不会,它们可以轻松自如地给自己紧背上的螺丝。

如果是普通螺丝的话,机器人可以一直旋转手臂,快速拧紧。但是,如果机器人的螺丝被嵌在一个内六角形的、需要艾伦扳手的位置的话,再灵活的机器人也得像人类一样一下一下地转扳手。

当机器人想要搭载很多东西时,仅有两只手是不够的。所以研究人员让机器人在肩膀上挂一个袋子,就像人们背包一样。机器人通过 CAD 数据计算出挂钩的位置,并用螺丝把钩子上紧。这样人们就可以把很多罐子装在袋子里,挂在机器人肩上。

图 | 机器人自我拓展(来源:论文)

研究人员做的一系列研究都是在一个名为 PR2 的人形机器人身上进行的。PR2(Personal Robot 2,个人机器人 2 代)是 Willow Garage 公司设计的机器人平台,它有两条手臂,每条手臂七个关节,手臂末端是一个可以张合的夹爪;PR2 依靠底部的四个轮子移动,在头部、胸部、肘部、夹爪上分别安装有高分辨率摄像头、激光测距仪、惯性测量单元、触觉传感器等丰富的传感设备。

PR2 可以独立完成多种复杂的任务,例如 PR2 可以自己开门、找到插头给自己充电、打开冰箱取出啤酒、简单打打台球等。只不过 PR2 价格高昂,而且能力还达不到商业应用的要求,如今主要用于学术研究。

图 | PR2 身上布满螺丝钉(来源:IEEE)

研究人员表示,之后为了使这个系统更加通用,他们将建立一个统一的螺丝松动感知方法。同时,他们还将加强机器人的记忆和学习能力,机器人在多次拧紧某几个螺丝的时候就会记住这个位置,通过持续存储信息,机器人知道哪些螺丝更容易松掉,哪些不会。

图 | R2-D2,参加了《星球大战》系列十部电影中的九部,是 Luke Skywalker、PadméAmidala 等角色的好朋友(来源:wikipedia)

这让人不得不联想到科幻作品中憨态可掬的小机器人 R2-D2。不知道 PR2 具备自我维修和自我拓展的能力之后,还会被逐渐增强哪些技能,是不是会像《星球大战》里的 R2-D2 一样,成为人类贴心的好伙伴呢?

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参考:

https://takayuki5168.github.io/projects/papers/2019/humanoids2019_screw.pdf