智東西（公眾號：zhidxcom）
編 | 王穎
導語：打拳擊也不會晃，迪士尼新算法能減小機器人運動時產生的抖動，讓它變得更穩定。
智(zhi)東西8月9日消(xiao)息，迪士尼的(de)研究人員研發了一種新算法，可以將使用傳(chuan)統動(dong)畫軟(ruan)件(jian)創造的(de)動(dong)作轉移到機器(qi)人身上(shang)，同時減少機器(qi)人運動(dong)產(chan)生的(de)機械(xie)振動(dong)。
迪士尼的研(yan)發團隊在SIGGRAPH 2019上(shang)發表的論文《Vibration-Minimizing Motion Retargeting for Robotic Characters》，介紹(shao)了這種機器人減振方(fang)法(fa)，能有效(xiao)的使機器人做出(chu)動作時不再發生(sheng)劇烈搖擺。
下面我們一(yi)起根據迪士尼(ni)的動畫演(yan)示直觀的了解一(yi)下這種減振算(suan)法能產(chan)生什么樣的效(xiao)果。
一、新算法能預測機器人振動
由于物(wu)理定律(lv)，設計和編程機器人很難做到讓機器人在運動過(guo)程中保持(chi)平穩的移(yi)動。當機器人部件動態移(yi)動時，它所連(lian)接的所有東西都(dou)會發(fa)生形態變化。
機(ji)器人(ren)(ren)振(zhen)動優化算(suan)法(fa)能否(fou)起(qi)作用，很大程度取(qu)決于機(ji)器人(ren)(ren)模型本身的(de)優劣。隨(sui)著機(ji)器人(ren)(ren)變(bian)(bian)得越來越復雜高(gao)效，它(ta)能夠發(fa)生形態變(bian)(bian)化的(de)部件(jian)也越來越多(duo)。從本質上來講，每一處能發(fa)生彎曲的(de)部件(jian)都(dou)會(hui)引發(fa)另一個部件(jian)的(de)變(bian)(bian)化，這就(jiu)會(hui)導致機(ji)器人(ren)(ren)全身產生劇烈的(de)晃動。
如(ru)果(guo)機器人(ren)非常龐大且堅(jian)硬，那它發生的(de)(de)彎曲和晃(huang)(huang)動(dong)可能(neng)(neng)并不明顯，但輕量級、設計用于人(ren)類周圍(wei)的(de)(de)機器人(ren)在做出動(dong)作時會有(you)明顯的(de)(de)形態變化并產生晃(huang)(huang)動(dong)。這些部件的(de)(de)晃(huang)(huang)動(dong)會使機器人(ren)無法高效(xiao)的(de)(de)完成(cheng)任務，甚至可能(neng)(neng)造成(cheng)破壞。
迪(di)士(shi)尼的(de)動(dong)(dong)畫設計(ji)師重新(xin)(xin)設計(ji)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)要做的(de)特定動(dong)(dong)作(zuo)，結合新(xin)(xin)算法優化(hua)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)運動(dong)(dong)產生的(de)振(zhen)動(dong)(dong)。這個算法工(gong)具還(huan)能預測(ce)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)將產生怎樣(yang)的(de)振(zhen)動(dong)(dong)，然后向電機(ji)發出指(zhi)令，進行微小(xiao)但精(jing)準的(de)額外動(dong)(dong)作(zuo)來(lai)消除振(zhen)動(dong)(dong)，同時仍然使機(ji)器(qi)(qi)人(ren)按照動(dong)(dong)畫設計(ji)的(de)方式運動(dong)(dong)。
二、機器人打拳擊也不會晃
研究人員解決(jue)機器人運動產生晃動問題的方法(fa)是，優先(xian)抑制最(zui)明顯的大振幅振動，即使是在結構相對(dui)復雜(za)的機器人上，這種優先(xian)條件(jian)也能發揮(hui)作用(yong)。
在拳(quan)(quan)擊(ji)(ji)動(dong)作的演(yan)示(shi)中，研究人員將(jiang)動(dong)畫重新定位(wei)成(cheng)具(ju)有13個(ge)自由(you)度的人形機器(qi)人，在仿真模型和系統上用(yong)拳(quan)(quan)擊(ji)(ji)手(shou)套代(dai)替雙手(shou)。拳(quan)(quan)擊(ji)(ji)動(dong)作包含更快(kuai)速的運動(dong)和突然停止。
加速的(de)(de)動(dong)(dong)(dong)作會(hui)導致過度的(de)(de)振動(dong)(dong)(dong)，特別(bie)是機(ji)器人(ren)閃避并(bing)移動(dong)(dong)(dong)上半身時。在使用算法(fa)進行優化前，機(ji)器人(ren)電機(ji)控制(zhi)運(yun)動(dong)(dong)(dong)有9厘米左右的(de)(de)晃動(dong)(dong)(dong)，經過研究人(ren)員和動(dong)(dong)(dong)畫(hua)設計的(de)(de)同時優化，電機(ji)控制(zhi)的(de)(de)晃動(dong)(dong)(dong)被縮小(xiao)在1.5厘米以內，并(bing)保持了(le)輸(shu)入的(de)(de)動(dong)(dong)(dong)畫(hua)沒有明顯的(de)(de)視(shi)覺差異。
結語：機器人穩定性研究成為新方向
隨著科技的發展(zhan)，機(ji)(ji)器(qi)人(ren)技術也(ye)在(zai)不斷(duan)進步，越(yue)來越(yue)的的機(ji)(ji)器(qi)人(ren)開始(shi)出現在(zai)人(ren)類的日常工作(zuo)和生活中。但目前，這些機(ji)(ji)器(qi)人(ren)的研(yan)究都還(huan)在(zai)朝著能讓機(ji)(ji)器(qi)人(ren)做出更多動(dong)作(zuo)、具(ju)備(bei)更多功能的方(fang)向發展(zhan)。
加強機器(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)穩定性(xing)，不僅能(neng)提高(gao)它(ta)的(de)(de)(de)工作(zuo)效(xiao)率，也(ye)能(neng)更(geng)好的(de)(de)(de)保護機器(qi)(qi)人(ren)各個(ge)部(bu)件不受(shou)損壞。機器(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)功能(neng)變(bian)得(de)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)復(fu)雜，能(neng)完(wan)(wan)成的(de)(de)(de)任務(wu)也(ye)越(yue)來(lai)(lai)越(yue)豐富多樣，如何讓機器(qi)(qi)人(ren)能(neng)更(geng)穩定高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)完(wan)(wan)成任務(wu)成為了機器(qi)(qi)人(ren)技術發展新的(de)(de)(de)研究(jiu)方向。
原文(wen)來自：IEEE Spectrum
