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机器人0.38秒内还原二阶魔方,这么神奇?

2019-08-06 阅读888次

 还原魔方对人来说是相对轻松的,可是对机器人来说则是比较麻烦的。就以一个简单的二阶魔方举例,它就有3,674,160个变化状态。不过,这也不代表机器人就无法还原魔方。近日,MIT的一项发明就解决了这个难题:0.38秒内还原了一个二阶魔方,不过,他们主要应用了专门的电机和控制器。

  而腾讯和香港中文大学的一组研究人员称他们设计了一个使用多指手的魔方操纵器。预印本服务器Arxiv.org上的一篇论文《学习用灵巧的手来还原魔方》,研究人员说他们的人工智能驱动系统在1400次试验中的平均成功率为90.3%,这个系统包括了一个识别最佳移动序列的魔方解法机器和一个能控制五个手指的魔方控制器。

  研究人员写道:“灵巧的手动操控是机器人实现人类灵活性的关键组成部分,完成每天的任务需要非常多的接触。尽管取得了一定的进展,但是可靠的多手指灵巧的手操作还是一个挑战,因为其复杂的接触模式、高维的活动空间和脆弱的机械结构。”
 

图为研究人员的系统在虚拟环境中玩转魔方

  这个团队的解决方案是一个分层系统,它结合了基于模型和无模型的计划和操作组件。上面提及到的魔方解法机器是用来找到还原魔方的最佳移动序列,而控制器是用来逐步执行每个移动,它是由两个原子动作、魔方旋转和一个逐层操作器组成。

  这个团队指出,运动学和关节运动使得一些动作比其他动作更难完成。为了定量比较它们的可靠性,研究人员分别训练了几个模型。并且,为了提高魔方旋转和逐层操作的稳健性,但是由于这些操作是在没有反馈信号的情况下顺序执行的,因此,他们实施了一个回滚机制,从而能够检查每个转动步骤中魔方的状态。

  这个团队使用的是Roboti公司的Mujoco(Multi-Joint dynamics with Contact具有接触的多关节动力学),这是一个专为机器人和生物力学研究和开发而设计的物理引擎,从而验证他们的方法。在Mujoco内,他们采用了一个灵巧的人体大小的操纵器,名为Shadow Hand,它有大拇指、中指、无名指和小拇指,中指和无名指都有三个驱动和一个欠驱动关节,而小拇指和大拇指都有五个驱动关节(再加上一个带有两个驱动关节的手腕)。在一个实验中,Shadow Hand的任务是操纵虚拟魔方以实现目标姿势,而在另一个实验中,它必须操纵两层来达到目标角度。
 

玩魔方的机器人

  研究人员报告说,利用他们的模型,魔方旋转成功率超过了90%(后来在训练30000次后,成功率增加到了95.2%),分层操作的平均成功率为90.3%(随机区块为1000次)。他们说,通过联合优化两个原子动作,并在真实硬件上部署系统,可以进一步提高性能。


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