Der MIT-Roboter Cheetah 3 kann jetzt über unebenes Gelände hüpfen und springen, unordentliche Treppen steigen und schnell das Gleichgewicht wiedererlangen, wenn er plötzlich gezogen oder geschoben wird, während er fast blind ist.
Der Cheetah 3-Roboter wiegt 90 Pfund und wurde speziell entwickelt, um all dies ohne die Notwendigkeit einer Kamera oder externer Umgebungssensoren zu erledigen. Stattdessen „fühlt“ es sich an, als wäre seine Umgebung in völliger Dunkelheit, was Ingenieure „blindes Gehen“ nennen.
„Es gibt viele unerwartete Verhaltensweisen, mit denen Roboter umgehen können, ohne sich zu sehr auf das Sehen zu verlassen“, sagte Sangbae Kim, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT. Wir wollen, dass der Roboter mehr auf taktile Eingaben setzt. So kann er unerwartete Hindernisse schnell überwinden.“
Die Fähigkeiten des Roboters ohne Vision werden die Forscher auf der International Intelligent Robotics Conference in Madrid im Oktober 2018 demonstrieren Vorgänger Cheetah 2. ermöglicht es dem Roboter, nach vorne und hinten zu greifen und sich zur Seite zu drehen, wie eine Katze, die sich auf den Boden zubewegt. Absetzpunkt.
„Cheetah 3 ist für vielseitige Aufgaben wie Schubtests konzipiert, die unterschiedliche Geländebedingungen wie Treppen, Bordsteine und Bodenhindernisse umfassen“, sagte Kim. „Ich denke, es gibt unzählige Fälle, in denen wir Roboter anstelle von Menschen für einfache Aufgaben einsetzen möchten. Gefährliche, schmutzige und schwierige Arbeiten lassen sich mit ferngesteuerten Robotern viel sicherer erledigen.“
Cheetah 3 Technologie
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Cheetah 3 kann Treppen und unstrukturiertes Gelände blind navigieren und sich dank zwei neuer Algorithmen, die von Kims Team entwickelt wurden, dem Kontakterkennungsalgorithmus und der neuen Algorithmus-Modellvorhersagesteuerung, schnell wieder ausbalancieren.
Der Kontakterkennungsalgorithmus hilft dem Roboter, die beste Zeit zu bestimmen, die ein bestimmter Fuß vom Schwingen in der Luft bis zum Treten auf den Boden erreichen kann.
„Für den Übergang von der Luft zum Boden muss der Übergang sehr gut gemacht werden“, sagte Kim. „Sagt Ihnen dieser Algorithmus wirklich, wann es sicher ist, einen Schritt zu machen?“
Der Kontakterkennungsalgorithmus hilft Cheetah 3, die beste Übergangszeit vom Schwung zum Schritt zu bestimmen, indem drei Wahrscheinlichkeiten für jeden Fuß berechnet werden: die Wahrscheinlichkeit, dass der Fuß den Boden berührt, die Wahrscheinlichkeit der Kraft, die erzeugt wird, wenn der Fuß den Boden berührt, und die Wahrscheinlichkeit, dass der Fuß ist in der Mitte. Der Algorithmus berechnet diese Wahrscheinlichkeiten anhand von Daten aus dem Gyroskop, dem Beschleunigungsmesser und der Fußgelenkposition, wobei der Winkel und die Höhe des Fußes über dem Boden aufgezeichnet werden.
Wenn der Roboter beispielsweise plötzlich auf einen Holzblock tritt, neigt sich sein Körper plötzlich, wodurch sich der Winkel und die Höhe des Roboters ändern. Diese Daten werden sofort verwendet, um drei Wahrscheinlichkeiten für jedes Bein zu berechnen, die der Algorithmus kombiniert, um zu bewerten, ob jedes Bein in den Boden gedrückt oder angehoben und zur Seite bewegt werden sollte, um das Gleichgewicht zu halten. Bewegung. blinde Wirklichkeit.
„Wenn Menschen die Augen schließen und einen Schritt machen, haben wir ein mentales Modell, wo der Boden ist, und wir können uns darauf vorbereiten. Aber wir verlassen uns auch auf dieses Gefühl der Anziehung“, sagt Kim. „Wir tun dasselbe, indem wir mehrere Informationsquellen kombinieren, um die Übergangszeit zu bestimmen.“
Die Forscher testeten den Algorithmus in Experimenten mit Cheetah 3, der auf einem Laufband im Labor trabte und Treppen stieg. Beide Oberflächen sind mit zufälligen Gegenständen wie Holzklötzen und Bändern übersät.
„Er wusste nicht, wie hoch jede Stufe war oder ob es Hindernisse auf der Treppe gab, aber er sprang einfach über sie hinweg, ohne das Gleichgewicht zu verlieren“, sagte Kim. „Ohne diesen Algorithmus ist der Roboter sehr instabil und anfällig für Abstürze.“
Zukünftige Kraftnutzung
Die blinde Bewegung des Cheetah 3 ist zum Teil auch auf einen prädiktiven Steueralgorithmus zurückzuführen, der die Kraft vorhersagt, die ein bestimmter Fuß aufwenden muss, wenn er sich entscheidet, einen Schritt zu machen.
„Der Kontakterkennungsalgorithmus wird Sie wissen lassen, wann es Zeit ist, sich wirklich anzustrengen“, sagte Kim. „Aber wenn man am Boden ist, muss man zählen.