在操縱街機(jī)爪子時(shí)，玩家可以計(jì)劃她想要的一切。但是一旦她按下操縱桿按鈕，那就是一場(chǎng)觀望游戲。如果爪子沒(méi)有擊中目標(biāo)，她將不得不從頭開(kāi)始，以獲得另一個(gè)獎(jiǎng)品的機(jī)會(huì)。

街機(jī)爪的緩慢而刻意的方法類似于最先進(jìn)的拾取和放置機(jī)器人，它們使用高級(jí)規(guī)劃師來(lái)處理視覺(jué)圖像并計(jì)劃一系列動(dòng)作來(lái)抓取物體。如果夾持器錯(cuò)過(guò)了標(biāo)記，它將回到起點(diǎn)，控制器必須在那里制定新計(jì)劃。

為了給機(jī)器人帶來(lái)更靈活、更人性化的觸感，麻省理工學(xué)院的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種通過(guò)反射抓握的抓手。團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人不是在嘗試失敗后從頭開(kāi)始，而是在當(dāng)下適應(yīng)反射性地滾動(dòng)、手掌或捏住物體以獲得更好的抓握。它能夠在不涉及更高級(jí)別的規(guī)劃者的情況下進(jìn)行這些“最后一厘米”調(diào)整(對(duì)“最后一英里”交付問(wèn)題的即興演奏)，就像一個(gè)人如何在沒(méi)有太多意識(shí)的情況下在黑暗中摸索床頭玻璃杯一樣。

新設(shè)計(jì)是第一個(gè)將反射納入機(jī)器人規(guī)劃架構(gòu)的設(shè)計(jì)。目前，該系統(tǒng)是一個(gè)概念驗(yàn)證，并為將反射嵌入機(jī)器人系統(tǒng)提供了一個(gè)通用的組織結(jié)構(gòu)。展望未來(lái)，研究人員計(jì)劃對(duì)更復(fù)雜的反射進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器，可以在不斷變化的環(huán)境中與人類一起工作。

“在人們生活和工作的環(huán)境中，總是會(huì)有不確定性，”麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系研究生安德魯·薩盧托斯說(shuō)。“有人可以在桌子上放一些新東西，或者在休息室里搬一些東西，或者在水槽里加一個(gè)額外的盤子。我們希望具有反射能力的機(jī)器人能夠適應(yīng)并應(yīng)對(duì)這種不確定性。

SaLoutos和他的同事將于五月在IEEE機(jī)器人與自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議(ICRA)上發(fā)表一篇關(guān)于他們?cè)O(shè)計(jì)的論文。他的麻省理工學(xué)院合著者包括博士后Hongmin Kim，研究生Elijah Stanger-Jones，Menglong Guo SM ' 22和麻省理工學(xué)院仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任機(jī)械工程教授Sangbae Kim。預(yù)印本版本可在arXiv服務(wù)器上使用。

高低

許多現(xiàn)代機(jī)器人抓手是為相對(duì)緩慢和精確的任務(wù)而設(shè)計(jì)的，例如在工廠裝配線上重復(fù)地將相同的零件裝配在一起。這些系統(tǒng)依賴于來(lái)自車載攝像頭的視覺(jué)數(shù)據(jù);處理這些數(shù)據(jù)會(huì)限制機(jī)器人的反應(yīng)時(shí)間，特別是當(dāng)它需要從失敗的抓取中恢復(fù)時(shí)。

“沒(méi)有辦法短路并說(shuō)，哦，射擊，我現(xiàn)在必須做點(diǎn)什么并迅速做出反應(yīng)，”SaLoutos說(shuō)。“他們唯一的辦法就是重新開(kāi)始。這在計(jì)算上需要花費(fèi)大量時(shí)間。

在他們的新工作中，Kim的團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)更具反射性和反應(yīng)性的平臺(tái)，使用他們最初為該小組的迷你獵豹開(kāi)發(fā)的快速，響應(yīng)的執(zhí)行器，這是一種靈活的四足機(jī)器人，旨在奔跑，跳躍，并快速適應(yīng)各種類型的地形。

該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)包括一個(gè)高速手臂和兩個(gè)輕巧的多關(guān)節(jié)手指。除了安裝在手臂底部的攝像頭外，該團(tuán)隊(duì)還在指尖安裝了定制的高帶寬傳感器，可以立即記錄任何接觸的力和位置，以及手指與周圍物體的距離每秒超過(guò)200次。

研究人員設(shè)計(jì)了機(jī)器人系統(tǒng)，使高級(jí)規(guī)劃師最初處理場(chǎng)景的視覺(jué)數(shù)據(jù)，標(biāo)記物體的當(dāng)前位置，抓手應(yīng)該拿起物體，以及機(jī)器人應(yīng)該放下它的位置。然后，規(guī)劃者為手臂伸出并抓住物體設(shè)置一條路徑。此時(shí)，反射控制器接管。

如果抓手無(wú)法抓住物體，而不是像大多數(shù)抓手那樣退縮并重新開(kāi)始，該團(tuán)隊(duì)編寫了一種算法，指示機(jī)器人快速執(zhí)行三個(gè)抓握動(dòng)作中的任何一個(gè)，他們稱之為“反射”，以響應(yīng)指尖的實(shí)時(shí)測(cè)量。這三個(gè)反射在機(jī)器人接近物體的最后一厘米內(nèi)發(fā)揮作用，使手指能夠抓住、捏住或拖動(dòng)物體，直到它更好地握住。

他們對(duì)反射進(jìn)行了編程，而不必讓高級(jí)規(guī)劃師參與。相反，反射是在較低的決策級(jí)別上組織的，因此它們可以像本能一樣做出反應(yīng)，而不必仔細(xì)評(píng)估情況以計(jì)劃最佳解決方案。

“這就像你如何建立一個(gè)信任系統(tǒng)，并將一些任務(wù)委托給較低級(jí)別的部門，而不是讓首席執(zhí)行官微觀管理和計(jì)劃公司中的每一件事，”Kim說(shuō)。“這可能不是最佳的，但它有助于公司更快地做出反應(yīng)。在許多情況下，等待最佳解決方案會(huì)使情況變得更糟或無(wú)法恢復(fù)。

反射清潔

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)清理雜亂的架子來(lái)展示抓手的反應(yīng)能力。他們將各種家居用品放在架子上，包括碗、杯子、罐頭、蘋果和一袋咖啡渣。他們表明，機(jī)器人能夠快速調(diào)整其抓取，以適應(yīng)每個(gè)物體的特定形狀，并且在咖啡渣的情況下，柔軟度。在 117 次嘗試中，抓手在 90% 以上的時(shí)間內(nèi)快速成功地拾取和放置物體，而無(wú)需在抓取失敗后退出并重新開(kāi)始。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)顯示了機(jī)器人在當(dāng)下的反應(yīng)。當(dāng)研究人員改變杯子的位置時(shí)，盡管沒(méi)有新位置的視覺(jué)更新，但抓手能夠重新調(diào)整并基本上感覺(jué)到周圍，直到它感覺(jué)到杯子在它手中。與基線抓取控制器相比，抓手的反應(yīng)能力將成功抓取的面積增加了 55% 以上。

現(xiàn)在，工程師們正在努力在系統(tǒng)中加入更復(fù)雜的反射和抓取操作，以期建立一個(gè)能夠適應(yīng)雜亂和不斷變化的空間的通用拾取和放置機(jī)器人。

“從干凈的桌子上拿起杯子 - 機(jī)器人技術(shù)中的特定問(wèn)題在30年前就解決了，”Kim指出。“但更普遍的方法，比如在玩具盒里撿起玩具，甚至從圖書館書架上拿一本書，還沒(méi)有得到解決?，F(xiàn)在有了反應(yīng)能力，我們認(rèn)為有一天我們可以以各種可能的方式拾取和放置，這樣機(jī)器人就可以潛在地清理房子。