Onderzoekers van het Italiaanse Instituut voor Technologie (IIT) hebben onlangs een formalisme met gekoppelde dynamiek en een nieuwe benadering voorgesteld voor het benutten van nuttige interacties met humanoïde robots. hun papier, die voorgepubliceerd was op arXiv, presenteert ook een aantal taakgerichte, partnerbewuste technieken voor humanoïde robotbesturing.

"Robots evolueren in een snel tempo, en veel recente ontwikkelingen zijn gericht op het neerhalen van de hekken waarin robots momenteel worden geplaatst en om ze veiliger te maken voor fysieke interactie met de omgeving en mensen, " Yeshasvi Tirupachuri, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore.

Humanoïde robots zijn ontworpen om op mensen te lijken, belichamen antropomorfe vermogens die hen in staat stellen actief deel te nemen aan menselijke omgevingen. Naast ervoor te zorgen dat ze reageren op fysieke interacties met externe agenten, dit team van onderzoekers van IIT probeert ze ook in staat te stellen actief in contact te komen met en interactie aan te gaan met agenten om een ​​gemeenschappelijk doel te realiseren.

"We denken dat deze onderzoeksaanpak een robot in staat stelt vindingrijker te zijn in veel taken, hetzij om mensen te helpen of om menselijke capaciteiten te vergroten, ' zegt Tirupachiuri.

Het Italiaanse Instituut voor Technologie (IIT) werkt momenteel aan een project genaamd An.Dy, gefinancierd door de Europese Commissie, gericht op het verbeteren van de samenwerking tussen mens en robot en robot-robot. Hun recente onderzoeksinspanningen waren vooral gericht op het begrijpen en exploiteren van de fysieke interacties van humanoïde robots met externe agenten.

"De belangrijkste doelstellingen van onze studie waren het formuleren van een algemeen wiskundig kader, dat is, een taal, waardoor een robot zijn fysieke interacties met externe agenten kan begrijpen, en om te definiëren hoe deze interacties kunnen worden benut voor het voltooien van taken door de robot, ' zei Tirupachuri.

In hun onlangs gepubliceerde artikel, de onderzoekers presenteerden een formalisme met gekoppelde dynamiek en een nieuwe benadering om interacties met humanoïde robots te verbeteren, evenals nieuwe taakgebaseerde, partnerbewuste technieken voor humanoïde robotbesturing.

"Een robot is een systeem dat bestaat uit meerdere starre lichamen, " legde Tirupachuri uit. "De wetten van de fysica die zo'n systeem van starre lichamen beheersen, zijn ingekapseld in de dynamiek van het systeem dat helpt te begrijpen hoe het systeem in de tijd evolueert onder externe invloeden. In het geval van meerdere agenten die betrokken zijn bij fysieke interactie, de dynamiek van individuele agenten, geïsoleerd waargenomen, zal niet genoeg informatie geven om de systeemevolutie te begrijpen."

Deze beperking is voornamelijk te wijten aan de complexiteit van mechanische koppeling tijdens fysieke interacties van een humanoïde robot. Volgens de onderzoekers is om deze interacties beter te begrijpen, ze moeten de dynamiek van beide op elkaar inwerkende systemen samen beschouwen, in plaats van geïsoleerd.

"We houden daarom rekening met de dynamiek van het gecombineerde systeem en presenteren een formalisme met gekoppelde dynamiek waardoor de robotdynamiek grondig kan worden begrepen onder fysieke interacties met een externe agent, " zei Tirupachuri. "Naar dit doel toe, de interactie-agentdynamiek is ook geformuleerd in een wiskundige taal, vergelijkbaar met het robotsysteem, met behulp van starre lichaamsaannames."

Typisch, kracht-koppelsensoren worden op een humanoïde robot geplaatst, waardoor het zin kan geven aan externe verstoringen veroorzaakt door een extern interactief middel. De onderzoekers, echter, besloten om zich specifiek te concentreren op de inspanningen van een externe agent tijdens het werken met een robotsysteem.

"De inspanning van een agent is, voor een groot deel, zelfbestuurd en zelfregulerend, zelfs bij fysieke interacties, Tirupachuri legde uit. "Onder de aannames van starre lichaamssystemen, de inspanning van een agent wordt kwantitatief weergegeven door de gezamenlijke koppels. Dus door gekoppelde dynamiek, onze besturingstechnieken stellen de robot in staat te begrijpen hoe de interacties met een externe agent verlopen in termen van de inspanning van de agent. Eventueel, de robot exploiteert deze inspanning als het nuttig is om een ​​gemeenschappelijk doel te bereiken."

In tegenstelling tot eerdere pogingen, daarom, de aanpak van Tirupachuri en zijn collega's is gericht op het vergroten van het bewustzijn van een robot van externe agenten waarmee hij in wisselwerking staat. Hun onderzoek zou de weg kunnen banen naar de ontwikkeling van meer responsieve humanoïde robots die beter presteren in taken waarbij mens-robot-interacties betrokken zijn.

"Het scenario dat we voor ogen hebben, omvat een mens en een mensachtige robot die zich bezighouden met fysieke interactie, " zei Tirupachuri. "Dit soort scenario zal belangrijk zijn in de toekomstige werkomgeving, waar robots en mensen zullen samenwerken om de 'ergonomie' van de werkruimte te bevorderen, waardoor gevaarlijke situaties voor de menselijke gezondheid worden vermeden. In een dergelijk scenario, de mens draagt ​​een sensorisch pak dat een nieuw algoritme gebruikt dat door ons team is ontwikkeld om volledige realtime kinematische en dynamische informatie van de mens te krijgen."

Tijdens het testen van hun algemene controleraamwerk op twee humanoïde iCub-robots, de onderzoekers kwamen een reeks uitdagingen tegen die adequaat moeten worden aangepakt om het project vooruit te helpen.

"De belangrijkste beperkingen waarmee we worden geconfronteerd, zijn te wijten aan sommige aspecten van het huidige mechanische ontwerp van de iCub-handen die duidelijk niet in staat zijn om machtsgrepen uit te voeren om langdurige fysieke interactie met elkaar aan te gaan, "Zei Tirupachuri. "We ontwikkelen nu een nieuw mechanisch apparaat om deze tekortkoming te omzeilen."

Tirupachuri en zijn collega's werken nu aan een realtime schattingssysteem voor de menselijke dynamiek. Zodra dit systeem volledig is ontwikkeld, ze zijn van plan hun theorie verder te valideren door meer experimenten uit te voeren met een menselijke agent en een humanoïde robot.

"We bevinden ons ook in de beginfase van experimenteel ontwerp om onze aanpak te implementeren op een exoskeleton-robotsysteem dat een mens zal helpen bij het uitvoeren van overheadtaken op een assemblagelijn in een industriële werkplaats, " Zei Tirupachuri. "Dit is bedoeld om het comfort voor mensen te verbeteren door ergonomische ondersteuning te bieden om de taak herhaaldelijk uit te voeren."

Eindelijk, de onderzoekers onderzoeken ook nieuwe fysieke interactiescenario's waarbij twee robots betrokken zijn, bijvoorbeeld voorwerpen bij elkaar dragen. Deze taken brengen extra uitdagingen met zich mee, omdat het ontwerp van de besturing rekening moet houden met de dynamiek van het object en tegelijkertijd rekening moet houden met de gedeelde autonomie van de twee robots om de taak met succes uit te voeren.

© 2018 Tech Xplore