Кабелаас салж, үе мөчүүдийг нь арилгаж, НАСА “Валькири” гамшгийн байдалд яаравчлав_IT News_blog park

Шинжээч / 仵 吉 颍 Редактор / Joni Zhong

Эх сурвалж: Машины зүрх (ID: deyarlihuman2014)

Энэхүү нийтлэлд НАСА-гийн боловсруулсан Valkyrie гуманоид робот, энэ робот ба Робот Astronaut 2 (Robonaut 2) хоёрын ялгаа, алгоритм, технологи, ажил үүргийн гүйцэтгэл зэргийг нарийвчлан тусгасан болно. Уншигчид судалгаа, хөгжлийн суурь, барилгын алгоритм, цаашдын хувилбарын талаар Валькирийн хүмүүн роботын талаар илүү сайн ойлголттой байх болно гэдэгт би итгэдэг.

Хүний дүрд хувирсан робот бол хүн төрөлхтөний төрөлх нутаг бөгөөд киног хөдөлгөөнгүй, уулархаг нутаг дэвсгэрээр дамжин өнгөрч, нарийн гарц, жижиг зайд нэвтэрч, объектуудыг хөдөлгөж, өндөр газруудад хүрч, тэсрэх төхөөрөмжийн хариу урвал (бөглөсөн тэсрэх төхөөрөмж, IED) болон бусад олон ажлууд. Энэ нийтлэлд бид НАСА-ийн Валькири хүний ​​гуманоид роботын тухай ярьж байна. Зураг 1 бол НАСА-ийн Жонсон сансрын төвд (ХК) зочилсон IEEE Spectrum-ийн хийсэн хамгийн сүүлийн үеийн Valkyrie юм.

图 1. Valkyrie. Photo: Evan Ackerman/IEEE Spectrum[1]

Зураг 1. Валькири. Фото: Эван Экерман / IEEE Spectrum [1]

ХК нь 1961 онд байгуулагдсан бөгөөд ХК-ийн шинжлэх ухаан, инженерийн чиглэлээр үйл ажиллагаа нь НАСА-гийн зохион бүтээсэн сансрын хөтөлбөрийн хүрээнд төвлөрсөн байв. Өнөөдрийг хүртэл сансарт нисэх нь туйлын аюултай оролдлого юм. Тиймээс, сүүлийн жилүүдэд ХК нь хүн төрөлхтөнтэй харилцах чадвартай хүмүүн роботуудын загвар зохион бүтээх ажилд ихээхэн анхаарч ажилладаг. Энэхүү робот нь сансрын нисгэгчдийн ойролцоо сансрын нисгэгчийн туслахаар ажиллах болно.

This Энэхүү судалгааны төсөл 1990-ээд оны дунд үед зохиогдож байх үед роботуудтай ажиллах нь эрдэм шинжилгээний лабораторид дөнгөж шинээр эхэлж байсан шинэ ойлголт байв. Хүний багаж хэрэгслийг ашиглан роботын үр нөлөөг нотлохын тулд DART хэмээх хоёр гартай туршилтын төхөөрөмжийг бүтээжээ. 1999 он гэхэд Батлан ​​хамгаалахын дэвшилтэт судалгааны төслүүдийн агентлаг (DARPA) -ны тусламжтайгаар Декстероз Робототехникийн лаборатори (DRL) нь анхны дээд мөчний гуманоид системийг бүтээв. -Робонавт 1 (R1). Түүнээс хойш DRL нь аажмаар арав гаруй өвөрмөц робот платформыг зохион бүтээж, тоноглосон дэлхийд алдартай роботын лаборатори болжээ. Хамгийн алдартай нь Robonaut2 (R2) юм. R2 нь хүний ​​бие, толгой, гартай байдаг бөгөөд Олон улсын сансрын станц дээр хүн гэж нэрлэгддэг өндөр эрсдэлтэй “сансрын явган аялал” үйл ажиллагаа явуулж байна. R2 нь сансрын бичил биетний орчны олон давуу талтай боловч энэ нь дэлхий тойрон хөдлөхөд тохиромжгүй юм.

BonRobonaut 2 (R2) нь General Motors (GM) ба NASA-ийн хооронд амжилттай хэрэгжиж буй төр, хувийн хэвшлийн түншлэлийн хүрээнд боловсруулсан робот юм. R2 нь биеийн бүх хэсэгт нийт 42 градусын эрх чөлөө (DOF) агуулдаг. Тэдгээрийн дунд гар тус бүрт 7 градус, хүзүүнд 3 градус эрх чөлөө, гар тус бүрт 12 градус, бэлхүүсийн 1 градус эрх чөлөө багтана (Зураг 2 (а) -ыг үзнэ үү). Саяхан R2 нь “авирах хөл” хэлбэрээр хөдөлгөөнт шинэчлэлтийг хүлээн авсан бөгөөд энэ нь Олон улсын сансрын станц дотор шилжих, үйл ажиллагааныхаа чадварыг өргөжүүлэх боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь 2012 оноос өмнө Валькиригийн хамгийн анхны хувилбар юм (Зураг 2 (b) -ийг үз).

图 2. R2 图示 [12]

Зураг 2. R2-ийн дүрслэл [12]

Валькири бол сансарт зориулагдсан робот биш, харин дэлхий дээрх гамшгийн үзэгдэлд зориулагдсан робот юм. Валькиригийн дизайны зорилгын талаар төслийн удирдагч үүнийг дараах байдлаар танилцуулав.

“НАСА-гийн сансрын судалгааны зорилго нь Ангараг гаригт хүрэх явдал юм. Ангараг гаригт хүрэхийн тулд НАСА хүн судлаачдын өмнө роботуудыг илгээх болно. Хүмүүс ирэхэд эдгээр роботууд хүмүүстэй ажиллах боломжтой болно. Дунд “[1];

“НАСА нь өнөө үед болон ирээдүйд хүн төрөлхтний роботуудын үйл ажиллагаа, чадавхи, ялангуяа сансрын судалгааны ажлуудтай холбоотой үүрэг даалгаврыг хэрэгжүүлэхэд шинэлэг зүйл хийхээр зорьж байна. НАСА-гийн хүмүүнлэгийн роботуудыг сонирхож байгаа нь тоног төхөөрөмжийг үр ашигтай ажиллуулах чадвар, сансрын нисгэгч болох үүргээсээ үүдэлтэй юм. Туслах ажилтнууд үр дүнтэй ажиллах чадвартай. НАСА хүн төрөлхтний роботуудыг хэт сансрын орчинд ашиглах сонирхол нь гамшгаас хамгаалах зэрэг газрын хэрэглээнд ижил төстэй роботуудыг ашиглахтай давхцаж байна. “[2]

KyValkyrie нь хоёр хөлтэй R2-ийн шинэчилсэн хувилбараас хамаагүй илүү юм. R2 нь хяналттай бие даасан байдлыг судалж эхэлсэн бөгөөд Валкири нь илүү хатуу хоцролттой, зурвасын өргөн хязгаарлалттай ажлуудыг гүйцэтгэж чаддаг бөгөөд энэ нь илүү ухаалаг бөгөөд маш их суулгагдсан тагнуултай байдаг. Valkyrie бол шинэ технологи, цоо шинэ өвөрмөц дүр төрх бүхий цоо шинэ робот юм. Валькири нь алхах, тэнцвэржүүлэх, удирдах чадвартай байдаг. Тэгэхээр Valkyrie R2-ээс юугаараа ялгаатай вэ?

Нэгдүгээрт, Valkyrie ба R2 хоёрын ялгаа

Валькири нийт 44 градусын эрх чөлөөг агуулдаг. Гар нь долоон градусын эрх чөлөөтэй бөгөөд бугуй ба гар нь хөдөлгөөнийг хийж чаддаг.Гар тус бүр гурван хуруу, эрхий хуруутай тул гар нь зургаан градусын эрх чөлөөтэй байдаг. Энэ нь эргэлдэж, эргүүлж чаддаг гурван градусын эрх чөлөөтэй, эргэлдэж чаддаг гурван градусын эрх чөлөөтэй, хөл нь зургаан градусын эрх чөлөөтэй, хөл нь зургаан тэнхлэгийн хүчний эргэлтийн мэдрэгчээр тоноглогдсон байдаг. Гар, их бие, хөл дээр уян харимхай идэвхжүүлэгч (SEAs) байдаг. Эдгээр тоормос нь 70Гц хүртэлх зурвасын өргөнтэй эргүүлэх моментийг хянах боломжийг олгодог бөгөөд хүзүү нь байрлалаар удирддаг, шөрмөсний хуруугаараа гүйдэл удирддаг. Робот нь абсолют байрлал кодлогч, өсгөлт кодлогч, хаврын эргэлдэх мэдрэгчээс гадна аарцаг, их биеийн байрлалд микро давтамжийн инерцийн хэмжих нэгж (IMU) мэдрэгчийг ашигладаг бөгөөд хөл тус бүрийн уланд ATI хүчний эргэлтийг ашигладаг. (F / T) нь даралтын төвийг (COP) тооцоолоход хэрэглэгддэг бөгөөд ладар болон стерео мэдээлэлд зориулж олон түвшний мэдрэгч ашигладаг.

NASA-ийн өмнөх роботуудаас ялгаатай нь Valkyrie нь батерейгаар ажилладаг бөгөөд кабельгүй ажиллах боломжтой. Үүргэвчиндээ зөөврийн батарей нь нэг цаг ажиллах боломжтой ба батерейг солиход хэдхэн минут л шаардагдана. Нэмж дурдахад, Валькиригийн үе мөчүүдийг арилгаж болно.Гэрийг нь солиход хэдхэн минут л шаардагдана, учир нь зүүн ба баруун гарны бүтэц яг ижил бөгөөд зүүн гарыг баруун гараараа шууд сольж өгөх боломжтой юм. Валкири нь гайхалтай олон тооны мэдрэгчүүдээр тоноглогдсон: толгой дээрх камер ба ладар, хэвлий дээр илүү олон камер, сонар, гарын бугуй, өвдөг, хөлний дээр байрладаг камерууд. Мэдрэгчээс цуглуулсан өгөгдлийг Валькирийн оператор руу нэгэн зэрэг дамжуулахгүй, харин одоогийн даалгаврын дагуу аль мэдрэгчийн өгөгдөл хамгийн чухал болохыг тодорхойлох болно. Бүрэн бие даасан ажил.

R2 ба Valkyrie хоёулаа төвлөрсөн бус хяналтын схемийг сонгосон боловч төвлөрсөн бус хяналтын схемүүд шаардагдах “төгс эргэлтийн моментийн эх үүсвэр” -ийг Валькири төслөөс гаргахгүй байсан юм. R2 нь момент хянах сайн үр дүнг авахын тулд пропорциональ дериватив хяналтын давталтыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь идэвхжүүлэгч бүрт илэрсэн эвдрэлийг зохицуулахгүй. Судлаачид Valkyrie-ийн суулгагдсан хяналтын ажиллагааг сайжруулахын тулд олон ажил хийсэн бөгөөд цуврал уян харимхай (SEA) технологийг сайжруулсан. Эвдрэлийн ажиглагчид (DOB) нь хувьсах инерцийн ачаалал зэрэг эвдрэлтэй тулгарах үед SEA-ийн момент хянах чадварыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

R2 нь “Superdriver” нэртэй хувийн бүтээсэн моторын хяналтын самбарыг ашигладаг. Энэ нь гурван фазын инвертертэй холбогдсон PowerPC процессортой Field Programmable Gate Array (FPGA) хэсгээс бүрдэнэ. Нэг самбар дээрх энэхүү хослол нь моторт коммутатор ба гүйдлийн удирдлага, нэгтгэсэн өгөгдөл, командын цуврал, цөлжилт, мэдрэгчийг боловсруулах боломжийг олгодог. Энэ загварыг R2 гар утасны сайжруулсан авирах хөл болгон сайжруулсан болно. Үүн дээр үндэслэн турбожет хөдөлгүүрийг (Turbordriver) супер драйверийн функцийг хоёр бие даасан хэвлэмэл хэлхээний самбар болгон, мэдрэгч, суулгагдсан хяналтын алгоритм, боловсруулалтын логик самбар зэрэг хоёр бие даасан хэвлэмэл хэлхээний самбар болгон байрлуулахаар нэвтрүүлсэн. Харилцаа холбоо, моторт коммутаторыг зохицуулах FPGA. Дараа нь хоёр самбарыг хооронд нь наалдуулж, ул мөрийг багасгаж, самбар тус бүрийг тодорхой төслийн хэрэгцээнд нийцүүлэх боломжийг олгоно. Valkyrie төсөлд турбин хөдөлгүүрийн модульчлагдсан загварыг ашигласан хэвээр байгаа бөгөөд цахилгаан хавтанг богино хугацаанд 30А болон 60А-аас дээш өндөр хүчдэлийн хүчээр хангах боломжтой агаараар хөргөлттэй цахилгаан гүүрийг багтаасан болно. R2-ийн авирах хөлний бүх үе мөч нь турбо дискийг зөвхөн гагцхүү ашигладаг боловч Валкири нь ихэнх гол үе мөчний турбо хөтчийг ашигладаг бол бусад өөрчлөн самбарыг бугуй, гар, хүзүү гэх мэт жижиг үеүүдэд ашигладаг.

R2 авионикийн бүтэц нь хоорондын холболтыг, ялангуяа эрх чөлөөний түвшнээс доогуур хэсгийг Robonet-ийг бий болгох зорилгоор бүтээсэн. Робонет бол мастер боолын холбооны протоколыг дагаж мөрддөг өндөр хурдны, хоёр утастай, олон цэгийн өгөгдлийн сүлжээ юм.

Робонет Супер эсвэл турбин хөдөлгүүрийг мастер зангилаатай холбодог суваг. Нэг суваг нь нэг мөчний хоёр утастай дамжуулагчийг зориулдаг. Мастер зангилаа нь PCI (R2) болон PCI express (Valkyrie) ашиглан хост компьютерт холбогдсон бөгөөд FPGA дээр хэрэгждэг. Мэдээллийг хост компьютерээс Valkyrie-ийн хэрэглэгчийн орон зайд PCI автобусны дуудлага (R2), эсвэл санах ойн шууд хандалт (DMA), зориулалтын хуваалцсан санах ой ашиглан дамжуулдаг. Robonet протокол нь Интер-интегралчлагдсан хэлхээний (I2C) протоколтой төстэй юм. Valkyrie-г сайжруулсны дараа санах ойн хаяг бүрийг 1khz дээр шинэчлэх боломжтой бөгөөд суваг бүр 4MB / s хүрч чаддаг.

II. Валкири дэх алгоритм, арга зүй

Эдгээр ялгааг ойлгох үед Валькирид ямар алгоритм, арга техникийг ашиглаж байгааг авч үзье.

1, алхах, ажиллуулах

KyValkyrie нь квадрат програмыг (QP) ашиглан импульсийн бүхэл бүтэн биеийг хянах алгоритм болгон ашигладаг [13]. QP-ийг Boston Dynamics-ийн Атлас роботын алхах алгоритмд анх оруулсан бөгөөд гол зорилго нь: робот алхам хийсний дараа бүхэл бүтэн эрч хүч дээр суурилсан биеийг хянах алгоритм нь дараагийн боломжит суурийг тооцоолно. QP-ийн оролт нь хүссэн хөдөлгөөн, хүлээн зөвшөөрөгдсөн гаднах хүч, даалгаврын орон зайд хурдатгал юм. Зорилтот функцийг массын төвийн эрч хүчийг хүссэн өөрчлөлтийн хурдыг хянах, хамтарсан хурдатгал ба холбоо барих хүчийг багасгах замаар оновчтой болгодог. QP алгоритмын объектив функц нь:

А бол төвийн импульсийн матриц (CMM), Wg бол таталцлын түлхүүр, W_gr, i нь бие ба хүрээлэн буй орчинтой холбоо тогтоосны улмаас роботын биед үйлчилдэг газрын хариу урвалын түлхүүр юм, W_ext, би роботод хэрэглэгддэг. Бусад гадны хүчин. QP-ийн гаралтын v нь шаардлагатай өдөөгч эргэлтийг тооцоолоход ашигладаг үений хурдасгах вектор ба холбоо барих түлхүүр юм. QP гаралтыг урвуу динамик алгоритм ашиглан шаардлагатай хамтарсан моментийг тооцоолоход ашигладаг. Биеийн бүхэл бүтэн удирдлагын алгоритмыг оновчтой болгохын тулд QP ашиглан хязгаарлагдмал дэмжлэг бүхий гадаргуутай роботын тогтвортой бэхэлгээг олох боломжтой бөгөөд ингэснээр роботын тэнцвэрийг сайжруулна.

Атлас агшин зуур барих цэгүүдээр алхах, тэнцвэрийг хянадаг бол Валкири нь барьж авах цэгүүдийг ашигладаг (CP) [14]. ICP нь QP-ийн хүлээгдэж буй момент хурдыг тооцоолоход ашиглагддаг бол CP-д суурилсан алхах удирдлага нь явган хүний ​​аюулгүй ажиллагааг хянах тогтвортой байх шинж чанартай бөгөөд аюултай алхах замыг туулж байдаг. Нэмж дурдахад Valkyrie нь роботод командыг ажиллуулахад туслах талбайн хуваарь, хамтарсан орон зайд splay traektori үүсгэх, багаж хэрэгслийн хайрцгийг төлөвлөх, хяналтын горимын өөрчлөлт гэх мэт төрөл бүрийн дэвшилтэт интерфейсүүдийг өгдөг.

2, ойлголт, навигаци

Valkyrie оператор нь Valkyrie-ийн хүссэн чиглэлийг тодруулахын тулд цэгийн цэгийг байрлуулах замаар шилжүүлэх командыг илгээдэг. IED-ийн IED-ийн хариу арга хэмжээний шаардлагыг хангахын тулд Валкири нь дугуй эсвэл боссон газар ашиглах боломжгүй хог хаягдал, шат, хадны хажуу гэх мэт тэгш бус газар нутгийг дайран өнгөрөх шаардлагатай. Эдгээр газар нутагт роботууд хөдөлж чаддаг. Иймд цэгийн үүлээр илэрхийлэгдсэн өөр өөр бүс нутгийг сегментлэх зорилгоор нутаг дэвсгэрийн алгоритмыг Валькирид ашигладаг.

Нэгдүгээрт, газар нутгийн сегментчилэл

Нэгдүгээрт, алгоритм нь LIDAR цэгийн үүл өгөгдлийг тодорхой хугацааны дотор нэгтгэн нутаг дэвсгэрийн өгөгдлийг олж авдаг. Дараа нь хүрээлэн буй орчинд шилжиж болохуйц хавтгай хэсгийг хуваана [3,11]. Нутаг дэвсгэрийн сегментчилсэн алгоритм нь дараахь үндсэн үе шатуудыг агуулдаг: 1) гадаргуугийн хэвийн тооцоолол ба шүүлтүүр; 2) хавтгай мужийн сегментчилэл; 3) олон өнцөгт хэлбэртэй холбох ба эрэмбэлэх. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг дараахь байдлаар өгөв.

1) Гадаргуугийн хэвийн тооцоо ба шүүлтүүр

Нэгдүгээрт, цэгийн үүлэнд түүврийн дээд нягтыг хязгаарлахын тулд Voxel сүлжээний voxel сүлжээг багасгах шүүлтүүрийг ашиглана уу. Шүүлтүүрийн гаралт нь цэггүй үүл бөгөөд цэг нь оролтын цэгийн үүл дэх вокселийн сүлжээ тус бүрийн цэг юм. Газрын гадаргуу нь цэгийн үүлэнд харагдахуйц хамгийн бага гадаргуу гэж тодорхойлогддог бөгөөд өндрийг координатын 5-р хувийг ашиглан тооцдог. Дараа нь бид гадаргуугийн хэвийн тооцооллын найдвартай аргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь хурц өнцгийн шинж чанарыг хадгалах тооцооллыг сэргээхэд RANSAC онгоцны бэхэлгээг ашигладаг. Эцэст нь гадаргуугийн хэвийн дагуу эдгээр цэгүүдийг шүүж, ингэснээр зөвхөн альфа түвшний хүрээнд үлдэх болно. Шугам хоолойг хөлийн ул мөргүй нэвтрэх боломжтой гэж үздэг тул шүүдэг байж болно. Зураг 3-т чиглэсэн сум ашиглан хоёр өөр тооцоолох алгоритмаар (хамгийн бага квадрат арга ба RANSAC хавтгай холбох арга) тооцоолсон гадаргуугийн нормын диаграммыг харуулав. Зүүн талд байгаа зураг нь гадаргуугийн хэвийн байдлыг тооцоолохын тулд хамгийн бага квадратын хавтгай холбох аргыг ашиглан хөрсний бүх цэгийг сонгох бөгөөд үр дүн нь дугуйрсан булан юм. Баруун талд байгаа зураг нь RANSAC-ийг ашиглан загварчлалын үр дүн бөгөөд энэхүү аргын тохирох үр дүн нь хурц өнцгийн шинж чанаруудын тооцооллыг хадгалах боломжтой юм.

图 3. 曲面法线图Зураг 3. Гадаргуугийн хэвийн зураг

2) Хавтгайн бүсийн сегментчилэл

Онгоцны талбайг цэгийн үүлний хөрш, цэгийн байрлал ба гадаргуугийн хэвийн тооцоолол нь хавтгайгаас алдааны зайд байрладаг бөгөөд хамтдаа хавтгайг тодорхойлно. Онгоцыг тодорхойлох нь давтагдах үйл явц бөгөөд хөрш зэргэлдээ цэгүүдийг багцад нэмж оруулснаар онгоцны тооцоо шинэчлэгддэг

Ри нь хавтгай талбайн хэмжээ бөгөөд Pi хавтгайд перпендикуляр байх зай нь d_d-ээс бага байх үед p_n цэг бүрийг багцад нэмнэ. Planar region segmentation функц нь оролтын цэгийн үүл дэх цэгүүдийг тус тусын хавтгайн мужийн id-ууд дээр байрлуулсан шошгын газрын зургийг буцаана. Зураг 4-т газрын гадаргуугийн сегментчиллийн туршилтын үр дүнг харуулав. Тэдгээрийн дотроос зүүн зураг нь хавтгай олон өнцөгтийг зурахад зориулагдсан гүдгэр халхавч бөгөөд үүнийг хөрсийг зайлуулсны дараа тооцоолсон талбайг нормчлоход ашигладаг бөгөөд энэ зурагт зөвхөн 25 градусаас бага налуу бүхий газрууд л хадгалагдана. Баруун талд байгаа зураг нь тухайн бүс нутгийн өсөлтийн үйл явцын үр дүн юм.Энэ зураг нь шүүлтүүр хийх шаардлагагүй бөгөөд босоо хана болон бусад бүсийн сегментүүдийг үүсгэх боломжтой.

图 4. 地形平面区域分割的实验结果Зураг 4. Газар нутгийн хавтгай огтлолын туршилтын үр дүн

3) Олон өнцөгт хэлбэртэй холбох, ялгах

Өмнөх сегментчиллийн шатанд авсан газрын зургийг ашиглан гурван зайд тэгш өнцөгт хэлбэрийг тооцоолох. Хөлийн хэлбэрийг төлөвлөгчид оруулахад хэлбэрийг гүдгэр хэлбэрээр боловсруулдаг. Бүс тус бүрийн хувьд цэгүүдийг тухайн нутгийн орон нутгийн хавтгайд харьцуулан тооцоолсон координатын системд бичнэ. Гуравдахь бүрэлдэхүүн хэсгийг тэглэх замаар эдгээр цэгүүдийг хоёр хэмжээст цэгүүдийн багц болгон хувиргаж болно. Товчлуурын алгоритмыг төсөөллийн цэгийн хоёр хэмжээст гүдгэр хонхорхойг тооцоолоход ашигладаг бөгөөд хамгийн бага талбайн хил хязгаар тэгш өнцөгттэй тохируулахад ашигладаг. Төгсгөлд нь гүдгэр хөндий ба хилийн тэгш өнцөгт нумыг дүрслэн харуулах зорилгоор гурван хэмжээст дүрслэл болгон хөрвүүлэв. Тэгш өнцөгт хэлбэрийн стандарт чиглэлийг тодорхойлохын тулд роботын зогсож буй хүрээг лавлагаа хүрээ болгон ашигла. Хүрээний хүрээ нь хөлний хүрээ бүрийн дундаж байрлал, чиглэл бөгөөд X тэнхлэгийг урагш, Z-тэнхлэгийг дээшлүүлнэ.

Хоёрдугаарт, эвристик хайлтын навигаци

Роботын одоогийн хандлага, чиглүүлэлтийн цэг дээр үндэслэн онгоцны талбайн сегментийг хийж дуусгасны дараа А төлөвлөлтийг ашиглан зорьсон газраа хүрэх алхмуудын дарааллыг олоорой [4]. S = (x, y, θ) бол, θ нь yaw параметр байна. А нь хязгаарлагдмал графикийг хайх алгоритм бөгөөд үүнийг ихэвчлэн мэдэгдэж буй 2D растер зураг дээр зам төлөвлөхөд ашигладаг. Хьюристик функцийн h удирдамжийн дагуу алгоритм нь s_staret эхлэх цэгээс s_target зорилтот төлөв рүү оновчтой хайлтыг ашигладаг бөгөөд энэ үед h (s, s ′) нь зардлын функцын төлөвийг s-ээс state s ′ хүртэл гаргадаг. Хьюристик алгоритм нь хүрээлэн буй орчин дахь бодит өртөгийг хэдий чинээ сайн мэдэх тусам өргөтгөсөн мужуудын тоо цөөхөн байх тул А хайлтыг илүү үр дүнтэй болгодог.

A, D алгоритм дээр үндэслэн оновчтой замыг тооцоолохын тулд үений эрэл хайгуулын нэмэлт аргыг нэвтрүүлсэн. Өсгөлт дээр суурилсан оновчтой замыг хайж олоход D ашиглах нь шинэ замыг эхнээс нь төлөвлөхөөс илүү үр дүнтэй байдаг. D-ийн хайлтын чиглэл нь зорилтот төлөв s_goal-аас анхны төлөв s_start руу буцах урвуу дараалал бөгөөд оновчтой замыг s ‘нь рекурсив сонголтоос дараах байдлаар гаргаж авна.

Энд g (s) нь муж тус бүрт нэвтрэх зардлын функц бөгөөд c (s, s ′) нь s-ээс s ′ -т шилжих зардлыг илэрхийлнэ. Рекурсив сонголт бүр дээр бүх мужуудын g (ууд) нь шинэчлэгддэггүй, зөвхөн холбогдох төлөвүүдийг боловсруулдаг. Дараалал болон өргөтгөсөн төлөвийг боловсруулахдаа D нь s_start ба s_goal мужуудыг хооронд нь холбосноор хамгийн сайн замын тооцоолсон зардлыг шинэчилдэг. Төрөл бүрийн зардлыг s_start руу тооцоолохдоо heuristic h-ийг ашиглана уу. Үүний нэгэн адил, оновчтой замын өртөг нь ирмэг бүрийн өртөг өөрчлөгдсөний дараа шинэчлэгддэг.

A A + D график хайлтаас мөргөлдөөний асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд роботыг дууриахын тулд масштабтай 3D хязгаарлалтын хайрцгийг ашигладаг бөгөөд хязгаарлалтын хайрцаг ба хуваагдсан хавтгай хоёрын хооронд зөрчил шалгалт хийдэг. Замын цэгийн навигацийн төлөвлөгөөний үр дүн нь алхамгүй зөрчилгүй дараалал юм.

3. Зорилтот зорилгын гүйцэтгэл

Роботын кодчилох стратегиудыг тодорхойлохын тулд Affender Theory (AT) програмыг ашиглаж, эдгээр обьектын хүрээд тодорхойлсон төгсгөлийн эффектийн чиглүүлэлт, хандлагын байрлалаар дамжуулан объектыг ажиллуулна.

Эхлээд Affpor гэж юу болох талаар ярилцъя. Хүртээмжийг анх Гибсон санал болгосон юм. Харьцангуй онол гэж нэрлэгдэх нь хүрээлэн буй орчны үйл ажиллагаанд үнэ цэнэ өгдөг танин мэдэхүйн бүтцийг тодорхойлох арга юм. Захидал харилцааны төрөл. Тэрээр объектын бүх агуулсан шинж чанаруудыг зөн совинтой гэж үздэг бөгөөд түүний захиасыг шууд алсын хараатай илэрхийлдэг. Ихэнх обьектууд нь нэгээс олон зорилготой байдаг ба хүмүүсийн объектын ямар зан төлөв нь тэдний сэтгэлзүйн байдлаас хамаардаг. Жишээлбэл, хэрэв хүлээн зөвшөөрөгдсөн орчны тодорхой хэсэг нь хэвтээ хавтгайд “суух” боломжтой бол робот дээр сууж болно. Тэдгээрийн дотроос робот нь өмнө нь тодорхойлсон газрыг сурах замаар “сууж” гэсэн ойлголттой холбож болно.

图 5. AT 图.(a)显示了自动测试系统的一般结构;(b)显示模板缩放方法Зураг 5. AT зураг. (А) нь автомат туршилтын системийн ерөнхий бүтцийг, (b) загварыг хэмжих аргыг харуулав

Зураг 5-т AT загварын бүтцийн жишээг харуулав. AT нь чиглэсэн ацикл график бөгөөд чиглүүлэлтийн цэгийн дараалал бүр нь эцсийн эффект тохируулгын багцыг илэрхийлдэг бөгөөд эдгээр тохиргоог хийснээр AT-ийн хүлээгдэж буй даалгаварт хүрэх боломжтой. Хэрэв тодорхой загварыг Valkyrie-ийн хос гарын авлагын системд оруулах шаардлагатай бол уг загвар дахь цэгийн цэгүүдийг эцсийн эффекторын ID “0” эсвэл “1” тоогоор хуваарилж, өмнөхийг нь роботын зүүн гарт байрлуулж, сүүлчийнх нь баруун гарт харуулав. Гар атгах дохио нь “гараа хаалттай” эсвэл “гар нээлттэй” гэх мэт нийтлэг тохиргоогоор ижил төстэй болно. Зураг 6 (a) -д харуулсны дагуу, замын цэг бүрийг wp_ : гэж тэмдэглэсэн бөгөөд энд нь эцсийн үржүүлэгчийн ID, нь төгсгөлийн үржүүлэгчийн зам цэгийн дарааллын ID юм.

Оператор нь тухайн объектын параметрчилсэн дүрслэлийг цэгийн үүл өгөгдөлтэй холбож бүртгэх, тохируулахын тулд AT-ийг ашигладаг бөгөөд робот нь обьект дээр залилангийн чиглэлийг гүйцэтгэх боломжийг олгодог. Нэмж дурдахад улсын машинууд үйл ажиллагааны нийтлэг дараалал, шийдвэр гаргах үйл явцыг кодлоход ашиглагддаг. AT ба улсын машиныг хослуулсан тохиолдолд оператор хүссэн ажиллагааныхаа зорилгыг биелүүлэхийн тулд зөвхөн дэвшилтэт командыг робот руу илгээх шаардлагатай болно [6].

Энэ хүрээнд Valkyrie нь CRAFTSMAN (Cartesian based Visibility Operation Template Suite) хэмээх TRACLabs-ийн боловсруулсан програмын иж бүрдлийг даалгавар, объектын үйл ажиллагаа, багаж хэрэгслийг ашиглахад хөдөлгөөний төлөвлөлт хийхэд ашигладаг. CRAFTSMAN-ийн ерөнхий хүрээг Зураг 6-д харуулав. Энд Affordace Templates давхарга нь дээр дурдсан анализ хийгдсэн AT байна.

图 6. CRAFTSMAN 系统结构Зураг 6. CRAFTSMAN системийн бүтэц

Cartesian төгсгөлийн эффектийн зорилтот түвшин, зорилтот хүлцэлийг тохируулах, даалгаврыг дагаж мөрдөх (эсвэл тохируулах) шаардлагыг харгалзан TRAC IK давхарга нь урвуу кинематик (IK) шийдлийг өндөр түвшний Cartesian хөдөлгөөн төлөвлөгчдөөр хангаж өгдөг. Хөтөлбөр. Cartesian Motion Planner давхарга нь оролтын дамжуулагчдын зорилтот үүрэг гүйцэтгэдэг ба эдгээр позуудын хүлцэл ба хоёрдогч зорилтууд юм. TRAC IK-ийг Cartesian хөдөлгөөний ажлын баталгаат хугацааг уриалж дууддаг.

Робот харилцан үйлчлэлийн хэрэгслийн давхаргын гол зорилго нь Cartesian Motion Planner давхарга ба хэрэглээний давхаргын хоорондын цоорхойг арилгах явдал юм. Robot Interaction Tools давхарга нь алсын оператор (RViz3D интерактив орчиноор) эсвэл харагдах байдлын загвар давхарга (AT) -ээр дамжуулан Cartesian зорилго, шаардлагыг тодорхойлох боломжийг олгодог бөгөөд роботын техник хангамж дээр гарсан төлөвлөгөөг гүйцэтгэх боломжийг олгодог. CRAFTSMAN нь алсын удирдлагад тодорхой параметрүүдийг тодорхойлох боломжийг олгодог интерактив удирдлагын самбарыг өгдөг.

4. Объектын автомат бүртгэл

AT AT-ийг тохируулах нь операторын хувьд цаг хугацаа их шаарддаг тул обьектын бүртгэлийн схемийг мэдэгдэж буй обьектын тор загварыг lidar point cloud өгөгдлүүдтэй автоматаар тааруулах зорилгоор бүтээсэн болно [7]. Valkyrie нь өгөгдөл тааруулахад ICP (Iterative Corre-spondingPoint) алгоритмыг ашигладаг. ICP нь геометр, өнгөнд суурилсан 3D загварыг нэгтгэх үндсэн арга юм. ICP нь хоёр торноос эхэлж, бие махбодийн харьцангуй хатуу өөрчлөлтийн анхны таамаглал бөгөөд сүлжээнд харгалзах цэгийн хосыг давтан үүсгэж алдаа хэмжигдэхүүнийг багасгах замаар өөрчлөлтийг сайжруулдаг. Сканнерын байрлалыг хянах, гадаргуугийн шинж чанарыг тодорхойлох, индексжүүлэх, “ээрсэн дүрс” гадаргуугийн гарын үсэг, сканнердах гол тэнхлэг, холбогдох цэгүүдийг бүрэн хайх, хэрэглэгчийн оруулсан оруулга гэх мэт эхний зэрэгцүүлэх, тохирох ажлыг дуусгахад янз бүрийн аргыг ашиглаж болно.

Тааруулах явцад хамгийн бага алдааг квадрат оновчлолын асуудал гэж нэрлэдэг бөгөөд Ceres solver (Ceres: http://ceres-solver.org/) оруулдаг. Энэ аргын давуу тал нь орон нутгийн минимээс зайлсхийх чадвартай Quasi-Newton Gradient-ийн ургах аргыг ашигладаг явдал юм.

5. Номлолын орон зайг хянах, хадгалах хандлага

进一步 Ажлын орон зайн хяналтыг дээрх сансрын төлөвлөлтийн үр дүнд нэмж оруулав.Энэ функц нь төлөвлөгчийг зөөх буюу удирдах үед онцгой шаардлагатай байдаг. Valkyrie-ийн гарны хувьд хэрэглэгчийн тодорхойлсон төгсгөлийн эффектийг харахад хурдан онлайн IK шийдлийг ашигласан. Роботын тохиргоог өгвөл IK нь роботын төгсгөлийн эффектийг хүссэн Картезийн байрлалд хүрэхийн тулд хамтарсан утгын багцыг өгдөг. IK шийдлийн хоёр төрөл байдаг: аналитик ба тоон. Тэдгээрийн дотроос аналитик шийдлийн арга нь практик хэрэглээ болон хувилбарын хувьд роботын тохиргоог өөрчлөх шаардлагатай байдаг тул тохирох аргагүй байдаг. Тоон шийдлийн арга нь орон нутгийн урвуу Якобийн давтамжийн үргэлжлэх цаг хугацааны тооцоололд тулгуурлан шаардлагатай картезийн шийдэлтэй ойролцоо хамтарсан уусмал үүсгэдэг. Эсвэл үүнтэй төстэй аргаар давталт нь илүү сайн хэрэглэх боломжтой байдаг. Одоогийн байдлаар роботуудад өргөн хэрэглэгддэг тоон IK-ийн хэрэгжилт нь Ороскос (KDL) -ийн Komatics and Dynamics Library (KDL) дахь хамтарсан хязгаарлагдмал хуурамч урвуу Якобийн оператор юм. / wiki / orocos / kdl-wiki /.).

Үрийг q_seed (ихэвчлэн одоогийн хамтарсан утгыг) харгалзан урагшлах кинематикийг тооцоолоход ашиглаж болно: 1) үрийн декартын позе, 2) үрийн байрлал ба зорилтот позийн хоорондох декартын алдааны вектор p_err, 3). Яг одоогийн хамтарсан утгатай харьцуулан Декартын орон зайд үүссэн хэсэгчилсэн деривативыг тодорхойлдог. Урвуу Jacobian (J. ^ -1) нь Cartesian оронтой харьцуулахад хамтарсан орон зайн хагас деривативыг тодорхойлдог. IK уусмалыг давталтын функцээр шийднэ

Жишээлбэл, p_err нь q_next динамикийг ашиглан тооцоолно. P_err дахь бүх утгууд дуусах дүрмийг хангаж байвал одоогийн вектор нь IK-ийн үр дүн болно. Дээрх томъёог бодит хувилбараар шууд шийдвэрлэхэд олон асуудал тулгараад байгаа бөгөөд үүнийг KDL операторыг дахин хэрэгжүүлснээр шийдэх боломжтой бөгөөд ингэснээр илүү ашиглах боломжтой API, илүү найдвартай тооцоолох ажиллагааг хангах болно.

Вал Валкиригийн хөлний хувьд хэрэглэгчийн заасан хөлд буух тохиргоог цуврал байдлаар урьдчилан харах, гүйцэтгэх боломжтой. Аарцгийн болон гулзайлтын гулсах хэрэгслийг бүрэн биеийн тохиргоонд ашиглаж болно. Эцэст нь хэрэглэгчид нийтлэг тохиргоонд хадгалагдсан дохио зангаа ачааллаж өгдөг.

33. Валькиригийн эрхэм зорилго биелсэн

Эцэст нь Валькиригийн эрхэм зорилгоо хэрхэн биелүүлж байгааг харцгаая. Дээр дурьдсан алгоритм, арга техник дээр үндэслэн дэлбэрэх төхөөрөмжийн хариу урвал (IED) -ийн Valkyrie-ийн номлолд анхаарлаа хандуулцгаая. Зураг 7-т хөдөлгөөний үндсэн даалгаврын нэгдэлийг харуулав. Дэд газрын зургийн дээд эгнээ (a) нь тэгш бус газар нутаг, нарийн цэвэрлэгээний даалгаврын төлөвлөсөн мөрүүд, төлөвлөсөн хэсгүүдийг агуулсан операторын үзэмжийг харуулна. Дээр дурдсан аргыг ашигласнаар Валькири нь илэрсэн хавтгай хэсгээс хүссэн хөлийн мөрийг барьж, нүх зэрэг аюултай хөлөөрөө гарахаас зайлсхийж, нарийн гарцаар зам төлөвлөх боломжтой. Дунд ба доод хэсэгт байрлах (b) ба (c) дэд зургууд нь тэгш бус газар нутаг болон нарийн цоорхойуудын хоорондох агшинуудын дарааллыг харуулав.

图 7. 主要运动任务的拼贴图Зураг 7. Спортын үндсэн ажлуудыг нэгтгэх

Зураг 8-д IED-ийн хариу урвалын ажиллагааны даалгавруудыг харуулав. Үүнд: (a) хаалгыг онгойлгох, (б) хаалгыг онгойлгох, (c) цүнхийг авах, (d) нийт хог хаягдлын сав (TCV) уутыг байрлуулах, (e) TCV тавиур. (F) TCV товчлуурын дарааллыг дар.

 图 8. IED 响应操作任务的拼贴图Зураг 8. IED-ийн хариу урвалын үйл ажиллагааны даалгавруудыг нэгтгэх

Урагшаа харахад хүмүүнлэг роботууд бөмбөгдөлтөд оролцсон хүмүүсийн хувьд чухал нөөц болж хувирна. Valkyrie роботын өнөөгийн ТЭЗҮ нь үр дүнтэй гүйцэтгэлийн жишиг үзүүлэв [9]. Роботын уналтанд тэсвэртэй, сэргээн босголтын тухайд талбайн эцсийн байршуулалтад тулгарч буй томоохон бэрхшээл хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь үүрэг даалгаварын амжилтанд аюул учруулж болзошгүй юм. Эрхэм зорилго бүхий чухал ажлуудын хувьд операторын дамжуулалтыг нэмэгдүүлэх, усан онгоцны нэмэлт бие даасан байдлыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай хэвээр байна. Судалгааны одоо байгаа үр дүн, Валькиригийн урьд өмнө мэдээлсэн чадварууд нь IED програмуудад хүний ​​биологийн роботуудыг үргэлжлүүлэн хөгжүүлэх үндэс суурийг бүрдүүлж өгдөг.

Шинжээчдийн танилцуулга: 仵 Жийжин, Ph.D, Бээжингийн Жиаотонг их сургуулийг төгссөн, Хятадын Хонконг, Хонконгийн Шинжлэх ухаан, технологийн их сургуулийн эрдэм шинжилгээний ажилтан, эрдэм шинжилгээний ажилтнаар ажиллаж байсан. Түүний судалгааны гол сонирхол бол хэв шинжийг таних, компьютерийн алсын хараа, шинжлэх ухааны судалгааны хобби юм.

的 Энэхүү нийтлэлд дурдсан лавлагаа дараах байдалтай байна.

[1] Эван Аккерман (https://spectrum.ieee.org/author/ackerman-evan-), НАСА ХК нь Valkyrie DRC робот, https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/military-robots/nasa -jsc-unveils-valkyrie-drc-робот.

[2] НАСА, Эван Аккерман, Valkyrie роботуудыг Ангараг руу явуулахад сургахыг хүсчээ. Https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/nasa-wants-help-training-valkyrie-robot-to-go-to -марууд.

[3] Ж.П.Марион, “Тэгш бус газар нутагт хүн төрөлхтөний тасралтгүй газар хөдлөлтийг хүлээн зөвшөөрөх арга замууд” Магистрийн дипломын ажил, Массачусетсийн Технологийн Институт, 2016.

[4] J. Garimort, A. Hornung, M. Bennewitz, “Динамик хөлийн төлөвлөгөө бүхий хүмүүнлэгийн навигаци”, 2011 онд IEEE Робототехник ба автоматжуулалтын олон улсын бага хурал. IEEE, 2011, хуудас 3982–3987. [18]

[5] С.Харт, П.Дин, К.Хамбучен, “Роботын даалгаврын програмчлалын тохирлын загвар ROS багц”, 2015 онд IEEE робот техник ба автоматжуулалтын олон улсын бага хурал (ICRA). IEEE, 2015, хуудас 6227–6234 Байна.

[6] П.Бессон, С. Харт, С.Ги, “Картезийн хөдөлгөөн төлөвлөлт ба гар урлалын хамт програмчлал”, Робот техник: Шинжлэх ухаан ба системийн ажлын семинар, Дүрс ба хөдөлгөөн төлөвлөлт.

[7] S. Rusinkiewicz ба M. Levevoy, “icp алгоритмын үр дүнтэй хувилбарууд.” 3dim, 2001, vol. 1, 145–152.

[8] П. Бессон ба Б.Амес, “Трацик: Ерөнхий урвуу кинематикийг сайжруулахад чиглэсэн нээлттэй эх сурвалж бүхий номын сан.” 2015 онд IEEE-RAS 15-ийн олон улсын эрдэм шинжилгээний бага хурал Хүний роботууд (Humanoids). IEEE, 2015, хуудас 928 –935.

[9] Стивен Йенс Йоргенсен, Майкл В.Ланиган, Сильвейн С.Бертранд нар NASA Valkyrie Humanoid-ийг IED-ийн хариу урвалд оруулах: Анхны хандлага ба үнэлгээний хураангуй https://arxiv.org/pdf/1910.00761.pdf.

[10] Расс Тедрейк Дрэйк: Шугаман бус динамик системүүдийн төлөвлөлт, хяналт, шинжилгээний хэрэгслийн хайрцаг, 2014 он.

[11] Робин Дэйтс ба Расс Тедрэйк. Холимог бүхэл тоо бүхий гүдгэр оновчлол бүхий тэгш бус газарт хөлийн төлөвлөлт хийх. IEEE / RSJ Int. Хүний роботууд дээр Мадрид, Испани, 2014 он.

[12] Ямокоски, Жон, Николаус Рэдфорд. “Робонаут, Валькири, НАСА роботууд.”

[13] Т.Колен, С.Бертранд, Г.Томас, Т.Де Боер, Т.Ву, Ж.Смит, Ж.Энглсбергер, Ж.Пратт нар “Эрч хүчэд суурилсан хяналтын хүрээний загвар ба хэрэглээ гуманоид роботын атлас “Олон улсын сэтгүүл. Humanoid Robotics, боть 13, дугаар 01, хуудас 1650007, 2016.

[14] Т.Колен, Т.Де Боер, Ж. Ребула, А. Госвами, Ж.Пратт, “Авирах чадварын суурилсан шинжилгээ ба хөлний байрлалд хяналт тавих, 1-р хэсэг: Гурван энгийн таталтын загварт онол ба хэрэглээ”. Робототехникийн судалгааны олон улсын сэтгүүл, 31-р боть, 9-р хуудас, 1094-1111, 2012 он.

Эх агуулга: https://cnblogs.com/Authors:

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *