رباعي الأرجل يتعلم المراوغة والتقاط الكرة والتوازن

الآن بعد أن أصبح بإمكان أي شخص في أي مكان الحصول على روبوت رباعي الأرجل دون الحاجة إلى التقدم للحصول على منحة بحثية كبيرة ، نشهد جميع أنواع الأبحاث الممتعة التي يتم إجراؤها مع أصدقائنا الكهروميكانيكيين ذوي الأرجل الأربعة. وأعني بـ “البحث الممتع” بحثًا جادًا للغاية يقدم مساهمات قيمة في مجال الروبوتات العملية. ولكن بجدية ، هناك الكثير من مشكلات الروبوتات المهمة التي يمكن حلها بطرق ممتعة وممتعة ؛ لا تدع أي شخص يخبرك بشكل مختلف ، لا سيما سفير الولايات المتحدة الحالي في تركيا.

في المؤتمر الدولي لعام 2023 حول الروبوتات والأتمتة (ICRA) المقرر عقده في لندن الشهر المقبل ، سيتم تقديم ثلاث أوراق بحثية عن مواهب الروبوتات الرباعية والباحثين الذين يعلمونهم أشياء جديدة ، بما في ذلك المراوغة والالتقاط والعبور. . عارضة التوازن.

المراوغة الرباعية من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

تتمتع روبوتات كرة القدم الرباعية بتاريخ طويل ونبيل. لسنوات ، كانت Sony Aibos هي المنصة القياسية في RoboCup. لكن ذوات الأربع أرجل قطعت خطوات هائلة من أربع أرجل منذ أواخر التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. الآن وقد تم التوصل إلى التنقل الرباعي الأساسي بشكل جيد ، فقد حان الوقت لجعل هذه الروبوتات تقوم بأشياء ممتعة. في ورقة بحثية قادمة من ICRA ، يصف علماء الروبوتات من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كيف علموا لاعبًا رباعيًا أن يراوغ كرة قدم عبر تضاريس وعرة ، وهو أمر مثير للإعجاب حقًا لأي شخص حاول القيام بذلك بنفسه.

https://www.youtube.com/watch؟v=bV4ek-zI3CU

دعنا فقط نخرج هذا من الطريق: بالنسبة لمعظم العالم ، نحن نتحدث عن كرة القدم هنا. لكن الصحيفة تسميها كرة القدم ، لذا سأطلق عليها اسم كرة القدم أيضًا. أيا كان ما تسميه ، فهي اللعبة التي تحتوي على الكرة المستديرة حيث يتم لعب اللعبة في معظم الأوقات بدلاً من اللعبة ذات الكرة المدببة حيث يقف الناس في معظم الأحيان ولا يفعلون أي شيء.

DribbleBot ، وهو الاسم الذي يطلق على إنسان آلي تصف الورقة وظيفته بأنها “التلاعب بالكرة الماهر مع

روبوت ذو أرجل ، “هو Unitree Go1. يمكن للآلة تقطير كرة قدم في نفس ظروف العالم الحقيقي مثل البشر الذين لا يستطيعون الوصول إلى ملعب كرة قدم حقيقي. بالنسبة لأولئك منا الذين لديهم خبرة في لعب كرة القدم ذات الميزانية الصفرية في أي مكان لن نصرخ فيه ، فإن العشب المسطح الأملس غالبًا ما يكون رفاهية لا يمكن تحقيقها. العالم الحقيقي للأسف مليء بجذور الأشجار والصخور والحصى والثلج وجميع أنواع الأشياء الأخرى التي تجعل كرات كرة القدم تتصرف بشكل غير متوقع – وتسبب لي مشاكل في الركبة. هذا هو نوع التضاريس التي يتعلم DribbleBot التعامل معها.

يستخدم الروبوت فقط الاستشعار والحوسبة على متن الطائرة لهذه المهمة ، وقد تم تدريبه أولاً على نطاق واسع من خلال التعلم المعزز في المحاكاة. في الواقع ، هناك الكثير مما يحدث مع المراوغة: كما تقول الورقة ، “تتضمن المراوغة الناجحة ضبط تأرجحات الساق لتطبيق القوى المستهدفة بينما يتحرك الروبوت ، ويوازن نفسه ، ويوجه موضعه بالنسبة للكرة المتحركة.” ولكن إذا كان بإمكانك تجاوز الجانب الخاص بكرة القدم ، فإن المشكلة الحقيقية التي يتم حلها هنا هي الحركة ذات الأرجل أثناء التلاعب بجسم معادٍ في بعض الأحيان في العالم الحقيقي. من الواضح أن هذا يفتح التطبيقات المحتملة الأخرى. حتى لو كانت كرة القدم هي التطبيق الوحيد ، فقد اخترت DribbleBot تمامًا لفريقي.

DribbleBot: التلاعب الديناميكي بأرجل في البريةبواسطة Yandong Ji و Gabriel B. Margolis و Pulkit Agrawal من MIT ، سيتم تقديمها في ICRA 2023 في لندن.

اصطياد الأجسام الرشيقة من UZH

أود أن أزعم أن أحد أكثر الأشياء إثارة للإعجاب التي يمكن أن تفعلها الحيوانات (بما في ذلك البشر) هو الصيد. ونحن نفعل ذلك بدون جهد – هناك جسم صغير يطير نحوك وعليك أن تكتشفه وتتبعه وتقدير مساره ، ثم تعمل على مجموعة من العضلات المختلفة للتأكد من أن يدك في المكان المناسب في الوقت المناسب. وعادة ما يكون لديك بضع ثوان فقط لتحقيق كل هذا. إنه لأمر مدهش أننا قادرون على القيام بذلك على الإطلاق ، لذلك من المفهوم أن هذا التقاء المهام يجعل من اكتشاف مشكلة شائكة بشكل خاص بالنسبة للروبوتات.

https://www.youtube.com/watch؟v=FpsVB8EO54M

أكبر مشكلة تواجه الروبوتات في مهمة كهذه هي الفترة الزمنية القصيرة نسبيًا التي يتعين عليها الشعور والتفكير والرد. تجعل الكاميرات التقليدية هذه المشكلة أسوأ ، وهذا هو السبب في أن الباحثين في جامعة زيورخ يعتمدون بدلاً من ذلك على كاميرات الأحداث. لقد كتبنا عن كاميرات الأحداث مجموعة ، لكن في الأساس ، إنها نوع من الكاميرات التي تكتشف الحركة فقط ، ولكن يمكنها القيام بذلك على الفور تقريبًا. من خلال خفض زمن انتقال الإدراك بشكل كبير بالنسبة للكاميرا التقليدية ، يكون الروبوت قادرًا على اكتشاف وتتبع وتقدير موقع الالتقاط للكرة التي تم إلقاؤها من مسافة 4 أمتار والسفر بسرعة تصل إلى 15 م / ث.

تم تدريب مناورة الصيد على المحاكاة ، وتم تشغيلها في الحياة الواقعية على ANYmal-C رباعي الأرجل ، والتي تعرض بعض السلوكيات المثيرة للإعجاب في التضحية بالنفس مثل الرئتين. معدل النجاح الإجمالي البالغ 83 في المائة ليس سيئًا على الإطلاق ، ويشير الباحثون إلى أن هذا مجرد “أول عرض عملي” وأن هناك مجالًا كبيرًا للتحسين. الشيء المهم حقًا هنا هو إعطاء الروبوتات الرباعية قدرات جديدة من خلال إضافة كاميرات أحداث إلى ترسانة استشعار كانت تمتص في الكاميرا الاستريو وأرض الليدار لفترة طويلة جدًا. بالنظر إلى المهارات الديناميكية الجديدة التي رأيناها من رباعي الأرجل مؤخرًا ، يمكن لكاميرات الأحداث أن تفتح جميع أنواع القدرات الجديدة التي تعتمد على الإدراك السريع للأجسام المتحركة.

اصطياد الكائنات الرشيقة على أساس الأحداث باستخدام روبوت رباعي الأرجلمن قبل Benedek Forrai و Takahiro Miki و Daniel Gehrig و Marco Hutter و Davide Scaramuzza من UZH ، سيتم تقديمها في ICRA 2023 في لندن.

توازن رباعي CMU’s

الموازنة هي مهارة تعتقد أن الروبوتات ستتفوق فيها ، لأنه يمكننا تزويدهم بقطع حساسة للغاية من الأجهزة التي يمكن أن تخبرهم كيف تتحرك بمستوى مذهل من الدقة. لكن ، الروبوت الذي يعرف بالضبط كيف أنه غير متوازن يختلف عن الروبوت القادر على إعادة التوازن إلى نفسه. هناك مشكلة يواجهها العديد من الروبوتات ذات الأرجل (إن لم يكن معظمها) عندما يتعلق الأمر بالموازنة وهي أن لديهم قدرًا محدودًا من تشغيل الكاحل والقدم. يمتلكه بعض البشر ، ويمكنك أن ترى بنفسك مدى أهميته بخلع حذائك والوقوف على قدم واحدة – مع الانتباه إلى الحركات التصحيحية المستمرة القادمة من كل تلك العضلات الصغيرة في الكاحل والقدم وأصابع القدم. حتى أكثر الروبوتات تعقيدًا ليس لديها هذا المستوى من التحكم ، ومع ذوات الأربع أرجل ، عادةً ما يكون لديهم أقدام مدببة فقط للعمل معها. لهذا السبب ، عندما يتعلق الأمر بالموازنة ، فهم بحاجة إلى القليل من المساعدة.

https://www.youtube.com/watch؟v=tH3oP2s3NOQ

أوه ، فقط انظر إلى تلك الخطوات الصغيرة الرائعة! لسوء الحظ ، لا تؤدي الخطوات الصغيرة الرائعة وظيفة منع الروبوت من الانقلاب. لذلك ، يمكنك أن تشكر عجلات التفاعل المثبتة على ظهرها. ستلاحظ أن الروبوت يتحرك بقدمين في وقت واحد ، مما يعني أن ساقين فقط تبقيانه بعيدًا عن الأرض ، وهذا لا يكفي من الأرجل على الأرض ليحافظ الروبوت على ثباته. يتم تعويض عجلات التفاعل عن طريق الدوران لأعلى ولأسفل لممارسة عزم الدوران على جسم الروبوت ، بشكل مستقل عن ساقيه. إذا كان هذا يبدو وكأنه خداع لك ، حسنًا ، يمكنك فقط التفكير في عجلات التفاعل على أنها مكافئة للذيل ، والذي تستخدمه العديد من الحيوانات (وعدد قليل من الروبوتات) كنظام تحكم إضافي.

يقترح الباحثون أنه يمكن دمج نسخة أصغر وأخف وزنًا من عجلات التفاعل هذه بشكل مفيد في العديد من تصميمات الروبوت ذي الأرجل ، وستساعدهم جميعًا على عبور حزم التوازن بنجاح. بالنسبة للأقلية الصغيرة من الروبوتات التي لا تجد نفسها تعبر عوارض التوازن بدوام كامل ، ستكون عجلات التفاعل مصدرًا إضافيًا للاستقرار ، مما يجعلها أكثر قدرة (من بين أشياء أخرى) على تحمل الصدمات والركلات الإلزامية التي يواجهها كل روبوت رباعي الأرجل في مختبر الروبوتات.

توازن معزز للروبوتات ذات الأرجل باستخدام عجلات رد الفعلبواسطة Chi-Yen Lee و Shuo Yang و Benjamin Bokser و Zachary Manchester من CMU ، سيتم تقديمها في ICRA 2023 في لندن.