Четвероногие учатся дриблингу, ловле и балансированию

Теперь, когда кто угодно и где угодно может получить себе четвероногого робота, не обращаясь за крупным исследовательским грантом, мы видим всевозможные забавные исследования, проводимые с нашими четвероногими электромеханическими друзьями. И под «забавным исследованием» я подразумеваю очень серьезное исследование, которое вносит ценный вклад в практическое робототехника. А если серьезно, есть много важных задач робототехники, которые можно решить веселыми и интересными способами; не позволяй никому говорить тебе другое, особенно действующий посол США в Турции.

В Международная конференция по робототехнике и автоматизации 2023 года (ICRA) должна состояться в Лондоне в следующем месяце.будут представлены три доклада, в которых рассказывается о талантах четвероногих роботов и об исследователях, которые обучают их новым вещам, в том числе ведению мяча, ловле и обходу бревна.

Четвероногий дриблинг Массачусетского технологического института

Четвероногие футбольные роботы имеют долгую и славную историю; В течение многих лет Sony Aibos были стандартной платформой для RoboCup. Но с конца 1990-х и начала 2000-х годов четвероногие добились огромных успехов в развитии четвероногих. Теперь, когда базовая подвижность четвероногих довольно хорошо изучена, пришло время заставить этих роботов делать забавные вещи. В готовящейся статье ICRA робототехники из Массачусетского технологического института описывают, как они научили четвероногого вести футбольный мяч по пересеченной местности, что действительно впечатляет любого, кто пытался сделать это самостоятельно.

Давайте просто уберем это с пути: для большей части мира мы говорим здесь о футболе. Но газета называет это футболом, так что я тоже назову это футболом. Как бы вы это ни называли, это игра с круглым мячом, в которой большую часть времени идет игра, а не игра с заостренным мячом, где большую часть времени люди просто стоят и ничего не делают.

Дрибблботимя, данное автомату, функциональность которого в документе описывается как «Ловкое манипулирование мячом с помощью

Робот с ногами» — это Unitree Go1. Машина может вести футбольный мяч в тех же реальных условиях, что и люди, не имеющие доступа к настоящему футбольному полю. Для тех из нас, у кого есть опыт игры в футбол с нулевым бюджетом, где на нас не будут кричать, ровная и гладкая трава часто является недостижимой роскошью. Реальный мир, к сожалению, полон корней деревьев, камней, гравия, снега и всевозможных других вещей, из-за которых футбольные мячи ведут себя непредсказуемо, а у меня возникают проблемы с коленями. Это тип местности, с которой DribbleBot учится справляться.

Робот использует для этой задачи только бортовые датчики и вычисления, и сначала он прошел интенсивное обучение с помощью обучения с подкреплением в моделировании. На самом деле с дриблингом происходит многое: как говорится в документе, «успешный дриблинг включает в себя регулировку махов ногой для приложения целевых усилий, когда робот движется, балансирует и ориентирует свое положение относительно движущегося мяча». Но если вы можете отвлечься от специфического для футбола аспекта, реальная проблема, которая здесь решается, — это передвижение ногами при манипулировании иногда враждебным объектом в реальном мире. Это, очевидно, открывает другие потенциальные области применения. Но даже если бы футбол был единственным приложением, я бы выбрал DribbleBot для своей команды.

DribbleBot: динамическое манипулирование ногами в дикой природесозданный Яндонг Джи, Габриэлем Б. Марголисом и Пулкитом Агравалом из Массачусетского технологического института, будет представлен на выставке ICRA 2023 в Лондоне.

Agile Object Catching от UZH

Я бы сказал, что одна из самых впечатляющих вещей, которые могут делать животные (включая людей), — это ловить. И мы делаем это без особых усилий — на вас летит небольшой объект, который вы должны обнаружить, отследить, оценить его траекторию, а затем задействовать кучу различных мышц, чтобы убедиться, что ваша рука находится именно в нужном месте в нужное время, и обычно у вас есть всего пара секунд, чтобы все это произошло. Удивительно, что мы вообще можем это сделать, поэтому понятно, что такое слияние задач делает отлов особенно сложной проблемой для роботов.

Самая большая проблема для роботов в такой задаче — относительно короткое время, которое у них есть, чтобы чувствовать, думать и реагировать. Обычные камеры усугубляют эту проблему, поэтому исследователи UZH вместо этого полагаются на событийные камеры. Мы много писали о камерах событий, но в основном это своего рода камера, которая только обнаруживает движение, но может делать это почти мгновенно. Значительно снизив задержку восприятия по сравнению с традиционной камерой, робот может обнаруживать, отслеживать и оценивать место ловли мяча, брошенного с расстояния 4 метров и движущегося со скоростью до 15 м/с.

Маневр с ловлей был обучен моделированию и бегал в реальной жизни на четвероногом ANYmal-C, который демонстрирует некоторые впечатляющие самоотверженные действия, такие как выпады. Общий показатель успеха в 83% — это совсем неплохо, и исследователи отмечают, что это всего лишь «первая работающая демонстрация» и есть много возможностей для оптимизации. Здесь действительно важно дать четвероногим роботам новые возможности, добавив камеры событий к арсеналу датчиков, который слишком долго поглощали стереокамеры и лидары. Особенно учитывая новые динамические навыки, которые мы наблюдаем у четвероногих в последнее время, камеры событий могут открыть все виды новых возможностей, которые зависят от быстрого восприятия движущихся объектов.

Гибкий захват объектов на основе событий с помощью четвероногого роботасозданный Бенедеком Форраи, Такахиро Мики, Даниэлем Геригом, Марко Хаттером и Давиде Скарамуцца из UZH, будет представлен на выставке ICRA 2023 в Лондоне.

Четвероногое животное CMU остается сбалансированным

Балансировка — это навык, в котором, как вы думаете, преуспели бы роботы, потому что мы можем оснастить их чрезвычайно чувствительными аппаратными средствами, которые могут с поразительной точностью сообщать им, как они двигаются. Но робот, точно знающий, насколько он неуравновешен, отличается от робота-робота, способного восстановить равновесие. Проблема, с которой сталкиваются многие (если не большинство) роботов с ногами, когда дело доходит до балансировки, заключается в том, что они имеют ограниченное количество движений лодыжки и стопы. У некоторых гуманоидов он есть, и вы сами можете убедиться, насколько это важно, сняв обувь и встав на одну ногу — обратите внимание на постоянные корректирующие движения, исходящие от всех этих крошечных мышц на лодыжке, стопе и пальцах ног. Даже самые изощренные гуманоидные роботы у них нет такого уровня контроля, а с четвероногими у них обычно есть только заостренные ноги для работы. Вот почему, когда дело доходит до балансировки, им нужна небольшая помощь.

Ой, вы только посмотрите на эти очаровательные маленькие шажочки! К сожалению, милые маленькие шажочки не спасают робота от опрокидывания. За это вы можете поблагодарить реактивные колеса, установленные на его задней части. Вы заметите, что робот передвигается на двух ногах одновременно, а это означает, что только две ноги удерживают его от земли, и этого недостаточно, чтобы робот мог сохранять устойчивость. Реактивные колеса компенсируют это вращением вверх и вниз, создавая крутящий момент на корпусе робота независимо от его ног. Если вам это кажется жульничеством, вы можете просто думать о колесах реакции как об эквиваленте хвосткоторую многие животные (и некоторые роботы) используют в качестве дополнительной системы управления.

Исследователи предполагают, что меньшая и более легкая версия этих реактивных колес может быть с пользой интегрирована во многие конструкции роботов на ногах и поможет всем им успешно пересекать балансиры. Для крошечного меньшинства роботов, которые не постоянно пересекают балансирные бревна, реактивные колеса были бы дополнительным источником устойчивости, делая их более способными (среди прочего) выдерживать обязательные толчки и пинки, которые каждый отдельный четвероногий робот в лаборатории робототехники приходится терпеть.

Улучшенный баланс для роботов на ногах с использованием реактивных колессозданный Чи-Йен Ли, Шуо Яном, Бенджамином Боксером и Закари Манчестером из CMU, будет представлен на выставке ICRA 2023 в Лондоне.