香港科技大学开发基于计算机视觉的机器人脚 可帮助机器人在行走时保持稳定和平衡

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为了有效地浏览现实世界的环境,有腿的机器人应该能够迅速和自由地移动,同时保持其平衡。对于仿人机器人,即拥有两条腿和类似人类身体结构的机器人来说,这一点尤其重要。


构建在行走时腿部稳定的机器人是一种挑战。事实上,由于其钟摆式结构,腿部机器人通常具有不稳定的动力。


香港科技大学的研究人员最近开发了一种基于计算机视觉的机器人脚,具有触觉感应能力。当集成在机器人腿的末端时,该人工脚可以增加机器人在运动过程中的平衡和稳定性。

香港科技大学开发基于计算机视觉的机器人脚 可帮助机器人在行走时保持稳定和平衡

基于视觉的触觉增强型单腿机器人的原型

进行这项研究的研究人员之一张冠兰表示:"我们最近的论文侧重于基于视觉的触觉感应在腿部机器人上的应用,它是基于这样的想法:触觉/触觉感应在人类与环境的互动中发挥着重要作用。"


在香港科技大学机器人研究所的导师Michael Y. Wang教授的指导下,Zhang和Yipai Du最近研究的总体目标是开发能够感知表面的机器人,同时在特定环境中完成任务,就像人类一样。更具体地说,他们想让机器人通过感知脚下的地面来平衡自己的腿。为了实现这一目标,他们在机器人的脚下插入了一个柔软的人造 "皮肤",并在里面安装了一个摄像头,就在 "皮肤 "的上方。


"我们特意在皮肤的内部画上了特殊的图案,我们使用的相机可以捕捉到这种图案。当脚接触到地面时,柔软的皮肤会因外力而变形。图案也会变形,通过图案的变形,我们能够获得接触信息,如脚和地面之间的接触角度和腿的倾斜程度。"张解释说。

香港科技大学开发基于计算机视觉的机器人脚 可帮助机器人在行走时保持稳定和平衡

系统传感器配置与触觉脚和IMU传感器在姿势调节任务中的比较


研究人员开发的人工脚可以收集比传统传感器更丰富的关于机器人行走表面的信息。然后,在基于传统传感器的平衡系统可能失败或表现不佳的情况下,这些信息可以用来提高机器人的稳定性。


为了将脚部收集的图像转换成与接触有关的数据,研究人员使用了他们开发的一个新的深度学习框架。随后,他们进行了测试,以评估集成了该脚的机器人腿的稳定性。他们发现,这只脚可以成功地估计它下面的表面的倾斜角度和脚的姿势。


此外,Zhang和他的同事进行了一系列的实验,以测试他们创造的触觉机器人系统的整体可行性和有效性。他们的系统明显优于传统的单腿机器人系统,能够实现更大的平衡和稳定性。


Zhang解释道:"在我们的实验中,我们发现接触现象中包含的信息比我们预期的要多,因此我们放弃了由传感器获得的一些冗余知识。然而,高层次的信息,如事件(滑倒、碰撞等)也可能被触觉传感脚检测或预测到。"


在未来,这个研究小组创造的机器人脚可以用来开发腿部机器人,当在不同的地形和表面上行走时可以保持其稳定性。此外,它可以使仿人机器人的腿部运动和运动方式更加复杂。


在未来,我们希望将我们的传感器应用于真正的腿部机器人,并进行与机器人-环境互动有关的实验,我们想重点研究触觉信息与运动中的一些事件是如何关联的,例如滑倒。以及如何在机器人控制中利用这些信息。



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