Forskare vid Italian Institute of Technology (IIT) har nyligen föreslagit en kopplad dynamik-formalism och ett nytt tillvägagångssätt för att utnyttja hjälpsamma interaktioner med humanoida robotar. Deras papper, som förpublicerades på arXiv, presenterar också ett antal uppgiftsbaserade, partnermedvetna tekniker för kontroll av humanoid robot.

"Robotar utvecklas i snabb takt, och många nyare utvecklingar behandlas för att få ner de stängsel där robotar för närvarande är placerade och göra dem säkrare att fysiskt interagera med miljön och människor, "Yeshasvi Tirupachuri, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore.

Humanoida robotar är designade för att likna människor, som förkroppsligar antropomorfa förmågor som gör att de kan engagera sig aktivt i mänskliga miljöer. Förutom att säkerställa att de är reaktiva på fysisk interaktion med externa agenter, detta team av forskare vid IIT försöker också göra dem kapabla att aktivt engagera och interagera med agenter för att förverkliga ett gemensamt mål.

"Vi tror att denna forskningsmetod gör det möjligt för en robot att vara mer påhittig i många uppgifter, antingen för att hjälpa människor eller för att öka mänskliga förmågor, " säger Tirupachuri.

Italienska tekniska högskolan (IIT) arbetar för närvarande med ett projekt som heter An.Dy, finansierat av Europeiska kommissionen, syftar till att förbättra samarbete mellan människa-robot och robot-robot. Deras senaste forskningsinsatser fokuserade särskilt på att förstå och utnyttja humanoida robotars fysiska interaktioner med externa agenter.

"Huvudmålen med vår studie var att formulera en generell matematisk ram, det är, ett språk, genom vilken en robot kan förstå dess fysiska interaktioner med externa agenter, samt att definiera hur dessa interaktioner kan utnyttjas för alla uppgifter som roboten kan utföra, sa Tirupachuri.

I deras nyligen publicerade tidning, forskarna presenterade en kopplad dynamik formalism och ett nytt tillvägagångssätt för att förbättra interaktioner med humanoidrobotar, såväl som nya uppgiftsbaserade, partnermedvetna tekniker för kontroll av humanoid robot.

"En robot är ett system som består av flera stela kroppar, " Tirupachuri förklarade. "Fysikens lagar som styr ett sådant system av stela kroppar är inkapslade i systemets dynamik som hjälper till att förstå hur systemet utvecklas i tiden under yttre påverkan. Om flera agenter deltar i fysisk interaktion, dynamiken hos enskilda agenter, observeras isolerat, kommer inte att ge tillräckligt med information för att förstå dess systemutveckling."

Denna begränsning beror främst på komplexiteten i mekanisk koppling under en humanoidrobots fysiska interaktioner. Enligt forskarna, för att bättre förstå dessa interaktioner, de måste överväga dynamiken i båda interagerande systemen tillsammans, snarare än isolerat.

"Vi tar därför hänsyn till det kombinerade systemets dynamik och presenterar en kopplad dynamik formalism genom vilken robotdynamiken kan förstås grundligt under fysisk interaktion med vilken extern agent som helst, sade Tirupachuri. Mot detta mål, den interagerande agentdynamiken är också formulerad i ett matematiskt språk, liknande robotsystemet, använder stela kroppsantaganden."

Vanligtvis, kraft-momentsensorer placeras på en humanoid robot, gör det möjligt för den att förstå yttre störningar orsakade av en extern interagerande agent. Forskarna, dock, bestämde sig för att fokusera specifikt på de ansträngningar som en extern agent lägger ner samtidigt som de arbetar med ett robotsystem.

"En agents insats är, i stor utsträckning, självstyrd och självreglerad, även under fysisk interaktion, " förklarade Tirupachuri. "Under antaganden om stela kroppssystem, en agents insats representeras kvantitativt av de gemensamma vridmomenten. Så genom kopplad dynamik, Våra kontrolltekniker gör det möjligt för roboten att förstå hur interaktionerna med en extern agent sker i termer av agentens ansträngning. Så småningom, roboten utnyttjar denna ansträngning om den är till hjälp för att uppnå ett gemensamt mål."

I motsats till tidigare ansträngningar, därför, tillvägagångssättet som utarbetats av Tirupachuri och hans kollegor syftar till att öka en robots medvetenhet om externa agenter som den interagerar med. Deras forskning kan bana väg mot utvecklingen av mer lyhörda humanoida robotar som presterar bättre i uppgifter som involverar interaktioner mellan människa och robot.

"Scenariot vi föreställer oss involverar en människa och en humanoid robot som är engagerade i fysisk interaktion, ", sa Tirupachuri. "Den här typen av scenario kommer att vara viktiga i framtida arbetsmiljö, där robotar och människor kommer att samarbeta för att främja arbetsytans "ergonomi", på så sätt undviker farliga situationer för människors hälsa. I ett sådant scenario, människan bär en sensoriserad kostym som kör en ny algoritm som utvecklats av vårt team för att få fullständig kinematisk och dynamisk information i realtid från människan."

Medan de testade deras allmänna kontrollramverk på två humanoida iCub-robotar, forskarna stötte på en rad utmaningar som måste lösas på ett adekvat sätt för att föra projektet framåt.

"De huvudsakliga begränsningarna som vi står inför beror på vissa aspekter av den nuvarande mekaniska designen av iCub-händerna som uppenbarligen inte är kapabla att utföra några kraftgrepp för att engagera sig i långvarig fysisk interaktion med varandra, " Sade Tirupachuri. "Vi utvecklar nu en ny mekanisk utrustning för att komma runt denna brist."

Tirupachuri och hans kollegor arbetar nu med ett system för uppskattning av mänsklig dynamik i realtid. När detta system är fullt utvecklat, de planerar att validera sin teori ytterligare genom att köra fler experiment som involverar en mänsklig agent och en humanoid robot.

"Vi är också i de inledande stadierna av experimentell design för att implementera vårt tillvägagångssätt på ett exoskeleton-robotsystem som kommer att hjälpa en människa att utföra överliggande uppgifter på ett löpande band i en industriell verkstadsmiljö, "Tirupachuri sa. "Detta syftar till att förbättra komforten för människor genom att tillhandahålla ergonomiskt stöd för att utföra uppgiften upprepade gånger."

Till sist, forskarna undersöker också nya fysiska interaktionsscenarier som involverar två robotar – till exempel, bära ihop föremål. Dessa uppgifter innebär ytterligare utmaningar, eftersom kontrolldesignen kommer att behöva ta hänsyn till objektets dynamik samtidigt som man beaktar de två robotarnas delade autonomi för att genomföra uppgiften framgångsrikt.

© 2018 Tech Xplore