Arbejder hen imod partnerbevidst humanoid robotstyring

Forskere ved det italienske teknologiske institut (IIT) har for nylig foreslået en koblet dynamik formalisme og en ny tilgang til at udnytte nyttige interaktioner med humanoide robotter. Deres papir, som blev forudgivet på arXiv, præsenterer også en række opgavebaserede, partnerbevidste teknikker til humanoid robotstyring.

"Roboterne udvikler sig i et hurtigt tempo, og mange nyere udviklinger er rettet mod at nedbringe de hegn, som robotter i øjeblikket er placeret i, og gøre dem mere sikre til fysisk at interagere med miljøet og mennesker, "Yeshasvi Tirupachuri, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore.

Humanoide robotter er designet til at ligne mennesker, legemliggør antropomorfe evner, der tillader dem at engagere sig aktivt i menneskelige miljøer. Ud over at sikre, at de er reaktive over for fysiske interaktioner med eksterne agenter, dette team af forskere ved IIT forsøger også at gøre dem i stand til aktivt at engagere sig og interagere med agenter for at realisere et fælles mål.

"Vi tror, ​​at denne forskningstilgang gør det muligt for en robot at være mere ressourcestærk i mange opgaver, enten for at hjælpe mennesker eller for at øge menneskelige evner, " siger Tirupachuri.

Det italienske teknologiske institut (IIT) arbejder i øjeblikket på et projekt kaldet An.Dy, finansieret af Europa-Kommissionen, rettet mod at forbedre menneske-robot- og robot-robot-samarbejdet. Deres seneste forskningsindsats fokuserede især på at forstå og udnytte humanoide robotters fysiske interaktioner med eksterne agenter.

"Hovedformålene med vores undersøgelse var at formulere en generel matematisk ramme, det er, et sprog, hvorved en robot kan forstå dens fysiske interaktioner med eksterne agenter, samt at definere, hvordan disse interaktioner kan udnyttes til enhver opgaveafslutning af robotten, " sagde Tirupachuri.

I deres nyligt udgivne papir, forskerne præsenterede en koblet dynamik formalisme og en ny tilgang til at forbedre interaktioner med humanoide robotter, samt nye opgavebaserede, partnerbevidste teknikker til humanoid robotstyring.

"En robot er et system sammensat af flere stive kroppe, "Tirupachuri forklarede. "De fysiske love, der styrer et sådant system af stive kroppe, er indkapslet i systemets dynamik, der hjælper med at forstå, hvordan systemet udvikler sig i tide under ydre påvirkninger. I tilfælde af flere agenter involveret i fysisk interaktion, individuelle agenters dynamik, observeret isoleret, vil ikke give nok information til at give mening om dets systemudvikling."

Denne begrænsning skyldes primært kompleksiteten af ​​mekanisk kobling under en humanoid robots fysiske interaktioner. Ifølge forskerne, for bedre at forstå disse interaktioner, de skal overveje dynamikken i begge interagerende systemer sammen, snarere end i isolation.

"Vi tager derfor højde for dynamikken i det kombinerede system og præsenterer en koblet dynamik formalisme, hvorigennem robotdynamikken kan forstås grundigt under fysisk interaktion med enhver ekstern agent, " sagde Tirupachuri. "Mod dette mål, den interagerende agents dynamik er også formuleret i et matematisk sprog, ligner robotsystemet, ved hjælp af stive kropsantagelser."

Typisk, kraft-moment sensorer er placeret på en humanoid robot, giver den mulighed for at forstå eksterne forstyrrelser forårsaget af et eksternt interagerende middel. Forskerne, imidlertid, besluttede at fokusere specifikt på indsatsen brugt af en ekstern agent, mens han engagerer sig i et robotsystem.

"En agents indsats er, I høj grad, selvstyret og selvreguleret, selv under fysiske interaktioner, "Tirupachuri forklarede. "Under antagelserne om stive kropssystemer, en agents indsats er kvantitativt repræsenteret af de fælles drejningsmomenter. Så gennem koblet dynamik, vores kontrolteknikker gør det muligt for robotten at forstå, hvordan interaktionerne med en ekstern agent foregår i forhold til agentens indsats. Til sidst, robotten udnytter denne indsats, hvis det er nyttigt at nå et fælles mål."

I modsætning til tidligere indsats, derfor, den tilgang, som Tirupachuri og hans kolleger har udtænkt, er rettet mod at øge en robots bevidsthed om eksterne agenter, den interagerer med. Deres forskning kan bane vejen for udviklingen af ​​mere lydhøre humanoide robotter, der klarer sig bedre i opgaver, der involverer menneske-robot-interaktioner.

"Det scenarie, vi forestiller os, involverer et menneske og en humanoid robot, der er involveret i fysisk interaktion, " sagde Tirupachuri. "Denne slags scenarier vil være vigtige i fremtidens arbejdsmiljø, hvor robotter og mennesker vil samarbejde for at fremme 'ergonomi' i arbejdsområdet, dermed undgå farlige situationer for menneskers sundhed. I et sådant scenarie, mennesket bærer en sensoriseret dragt, der kører en ny algoritme udviklet af vores team for at få komplet kinematisk og dynamisk information i realtid fra mennesket."

Mens de testede deres generelle kontrolramme på to humanoide iCub-robotter, forskerne stødte på en række udfordringer, der skal løses tilstrækkeligt for at få projektet videre.

"De vigtigste begrænsninger, som vi står over for, skyldes nogle aspekter af det nuværende mekaniske design af iCub-hænderne, som tydeligvis ikke er i stand til at udføre nogen kraftgreb for at engagere sig i længerevarende fysisk interaktion med hinanden, " sagde Tirupachuri. "Vi er nu ved at udvikle en ny mekanisk anordning for at omgå denne mangel."

Tirupachuri og hans kolleger arbejder nu på et estimeringssystem for menneskelig dynamik i realtid. Når dette system er fuldt udviklet, de planlægger at validere deres teori yderligere ved at køre flere eksperimenter, der involverer en menneskelig agent og en humanoid robot.

"Vi er også på de indledende stadier af eksperimentelt design for at implementere vores tilgang på et eksoskeleton-robotsystem, der vil hjælpe et menneske med at udføre overhead-opgaver på et samlebånd i et industrielt butiksgulv. "Tirupachuri sagde. "Dette har til formål at forbedre komforten for mennesker ved at give ergonomisk støtte til at udføre opgaven gentagne gange."

Endelig, forskerne undersøger også nye fysiske interaktionsscenarier, der involverer to robotter – f.eks. at bære genstande sammen. Disse opgaver medfører yderligere udfordringer, da kontroldesignet skal tage højde for objektets dynamik og samtidig tage hensyn til de to robotters fælles autonomi for at kunne realisere opgaven med succes.

© 2018 Tech Xplore