机器人

更快的瓦砾机器人的路径规划

一种算法已经被开发出来,以加快设计用于穿越危险地形的机器人的路径规划,如灾区或建筑工地。

作者:Dan Newman. 2021年8月12日
密歇根大学林郁琦提供

密歇根大学的研究人员表明,一种新的算法将使用武器类附件的机器人加速了使用武器类附属物的机器人的路径规划,以维持灾难区域或建筑工地的危险地形等。改进的路径规划算法发现了一个经常作为标准算法的成功路径,同时需要更少的处理时间。

机器人研究所(Robotics Institute)电子与计算机工程副教授、核心教员德米特里·贝伦森(Dmitry Berenson)说:“在倒塌的建筑物中,或者在非常崎岖的地形上,机器人不可能总能保持平衡,只靠脚前进。”“你需要新的算法来弄清楚脚和手应该放在哪里。你需要协调所有这些肢体来保持稳定,这归根结底是一个非常困难的问题。”

这项研究使机器人能够确定地形的困难程度,然后计算出一条成功的前进路径,这可能包括在向前迈出下一步时用一只或两只手支撑墙壁。

“首先,我们使用机器学习来训练机器人如何放置手和脚,以保持平衡和进步,”最近刚毕业的机器人博士、Nuro公司的软件工程师林育奇(Yu-Chi Lin)说。机器人可以利用它学到的知识来确定路径的可穿越性,从而更快地找到通往目标的路径。”

然而,即使使用这个可遍历性估计,使用传统规划算法规划较长的路径仍然是耗时的。

“如果我们试图在长路径上找到所有的手和脚位置,那就花了很长时间,”Berenson说。

因此,该团队使用了“划分和征服”方法,将路径分成艰难到遍历的部分,在那里他们可以应用其基于学习的方法,更容易遍历,其中更简单的路径规划方法更好。

“这听起来很简单,但真的很难知道如何正确分开这个问题,并为每个段使用哪种规划方法,”林说。

为了做到这一点,他们需要一个整个环境的几何模型。在实践中,这可以通过一架在机器人前面侦察的飞行无人机实现。

虚拟机器人显示不同的运动模式,只有脚,一只手或两者都有,因为它遍历粗糙的地形。密歇根大学林郁琦提供

虚拟机器人显示不同的运动模式,只有脚,一只手或两者都有,因为它遍历粗糙的地形。密歇根大学林郁琦提供

在一个虚拟实验中,一个类人机器人在碎石走廊里,该团队的方法在成功和总计划时间上都优于先前的方法——这在灾难场景中需要快速行动时很重要。具体来说,在超过50次的试验中,他们的方法达到目标的时间为84%,而基本路径规划器的时间为26%,并且只花了两分钟多一点的时间来规划,而基本路径规划器的时间超过了三分钟。

该团队还展示了他们的方法在现实世界中工作的能力,移动操纵器 - 带有躯干和两臂的轮式机器人。随着机器人的底座放在陡峭的坡道上,它必须在移动时使用其“手”在不平坦的表面上支撑自身。机器人利用该团队的方法在基本路径规划器中与超过3.5秒相比,在刚刚的十分之一秒内在第十附近进行规划路径。

一个双臂移动机械手,如果没有在墙上支撑自己,就会掉下来,通过团队的方法来确定手臂的位置,翻滚过陡峭的斜坡。密歇根大学林郁琦提供

一个双臂移动机械手,如果没有在墙上支撑自己,就会掉下来,通过团队的方法来确定手臂的位置,翻滚过陡峭的斜坡。密歇根大学林郁琦提供

在未来的工作中,该团队希望加入动态稳定的运动,类似于人类和动物的自然运动,这将使机器人不必经常保持平衡,并可以提高其运动速度。

- Chris Vavra编辑,网页内容经理,控制工程, CFE Media and Technology,cvavra@cfemedia.com


丹纽曼
作者生物:密歇根大学丹纽曼