robo -grip反射性地整理杂乱的空间

机器人的见解

• 麻省理工学院的研究人员开发了一种拾取机器人，它有一个抓手，通过反射来抓取，如果第一次抓不到物体，它可以适应。
• 这是一个更大的主题的一部分，工程师和研究人员正在努力使机器人在抓取和抓住物体时表现得更像人类，这可能会使它们在经常交给人类的手工任务中更有用。

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当操纵街机爪子时，玩家可以计划他们想要的一切。一旦操纵杆按钮被按下，这就是一场等待的游戏。如果爪子没有击中目标，它将不得不重新开始，以获得另一个奖品。

街机爪缓慢而深思熟虑的方法类似于最先进的拾取机器人，它们使用高级规划器来处理视觉图像，并计划一系列动作来抓取物体。如果抓握器偏离了它的标记，它就会回到起点，在那里控制器必须制定一个新的计划。

麻省理工学院的工程师们希望给机器人更灵活、更像人的触感抓手:通过反射来抓取的抓手。该团队的机器人不是在尝试失败后从头开始，而是立即适应，反射性地滚动、手掌或捏住物体，以更好地抓住物体。它能够进行这些“最后一厘米”的调整(对“最后一英里”交付问题的重复)，而不需要高级计划人员的参与，就像一个人可能在黑暗中摸索床头柜的玻璃杯一样，没有太多有意识的思考。

该设计是第一个将反射功能整合到机器人规划架构中的设计。目前，该系统是一个概念验证，并为将反射嵌入机器人系统提供了一个通用的组织结构。展望未来，研究人员计划对更复杂的反射进行编程，使灵活、适应性强的机器能够在不断变化的环境中与人类一起工作。

“在人们生活和工作的环境中，总会有不确定性，”麻省理工学院机械工程系的研究生安德鲁·萨卢托斯(Andrew SaLoutos)说。“有人可以在桌子上放一些新的东西，或者在休息室里移动一些东西，或者在水槽里多放一个盘子。我们希望具有反射能力的机器人能够适应并应对这种不确定性。”

SaLoutos和他的同事们将提交一份纸在5月的IEEE机器人与自动化国际会议(ICRA)上展示了他们的设计。他在麻省理工学院的合著者包括博士后金洪民、研究生以利亚·斯坦格-琼斯、22岁的郭梦龙，以及麻省理工学院仿生机器人实验室主任、机械工程教授金sangbae。

麻省理工学院(MIT)

高低握把

许多现代机器人抓手都是为相对缓慢和精确的任务而设计的，比如在工厂的装配线上重复地组装相同的零件。这些系统依赖于机载摄像头的视觉数据;处理这些数据限制了机器人的反应时间，特别是当它需要从失败的抓取中恢复时。

“没有办法短路，说，哦，糟糕，我现在必须做点什么，迅速做出反应，”SaLoutos说。“他们唯一的办法就是重新开始。这需要大量的计算时间。”

在他们的新工作中，Kim的团队建立了一个更具反射性和反应性的平台，使用他们最初为该团队开发的快速响应执行器小猎豹一种灵活的四足机器人，可以奔跑、跳跃，并能迅速适应各种地形。

该团队的设计包括一个高速手臂和两个轻量级的多关节手指。除了安装在手臂底部的摄像头外，该团队还在指尖上安装了定制的高带宽传感器，可以立即记录任何接触的力量和位置，以及手指与周围物体的接近程度，每秒超过200次。

研究人员设计了这样一个机器人系统，一个高级规划程序最初处理一个场景的视觉数据，标记出物体的当前位置，抓手应该在哪里拿起物体，机器人应该在哪里放下它。然后，规划器为手臂伸出并抓住物体设定一条路径。在这一点上，自反控制器接管。

如果抓手不能抓住物体，而不是像大多数抓手那样退出并重新开始，该团队编写了一个算法，指示机器人快速做出三种抓手动作中的任何一种，他们称之为“反射”，以响应指尖的实时测量。这三种反射作用在机器人接近物体的最后一厘米内发挥作用，使手指能够抓住、捏住或拖拽物体，直到它能更好地抓住物体。

他们对反射进行了编程，使其不需要高级计划者的参与。相反，这些反应是在较低的决策水平上组织起来的，因此它们可以本能地做出反应，而不必仔细评估情况来计划最佳解决方案。

金姆说:“这就好比，与其让首席执行官微观管理和计划公司的每一件事，不如建立一个信任体系，把一些任务委托给较低级别的部门。”“这可能不是最理想的，但它有助于公司更快地做出反应。在许多情况下，等待最优解决方案会使情况变得更糟，甚至无法挽回。”

反射式清洗

研究小组通过清理杂乱的架子来展示抓手的反应能力。他们在架子上放了各种各样的家用物品，包括一个碗、一个杯子、一个罐子、一个苹果和一袋咖啡渣。他们表明，机器人能够迅速调整其抓取方式，以适应每个物体的特定形状，在咖啡渣的例子中，它还能适应物体的黏性。在117次尝试中，超过90%的情况下，抓手都能快速成功地抓取和放置物体，而不必在抓取失败后退出并重新开始。

第二个实验展示了机器人如何在那一刻做出反应。当研究人员移动杯子的位置时，尽管没有新位置的视觉更新，但抓取器能够重新调整，并基本上感觉周围，直到它感觉到杯子在它的抓取中。与基线抓取控制器相比，抓取器的反射使成功抓取的面积增加了55%以上。

现在，工程师们正在努力在系统中加入更复杂的反射和抓取动作，以期制造一种能够适应杂乱和不断变化的空间的通用拾取机器人。

金指出:“从干净的桌子上拿起杯子——这个机器人技术的具体问题在30年前就解决了。”“但更普遍的方法，比如从玩具盒里捡玩具，甚至从图书馆书架上捡一本书，还没有解决。现在有了反射，我们认为有一天我们可以用各种可能的方式来选择和放置，这样机器人就有可能打扫房子。”

-编辑克里斯Vavra，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com。

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