人形機器人踢“世界盃”有經驗!主動躲避摔傷風險,跟蹤目標精準進球
大資料文摘授權轉載自機器人大講堂
機器人也踢世界盃?而且還是每年一次?
見過了各種跑酷、跳舞、翻跟頭的人形機器人,機器人會踢足球似乎也不是什麼新鮮事了。不過有這樣一個競賽,每年都把全世界的人形機器人集結起來,一決高下,還是值得圍觀一看的。
眾所周知,RoboCup是國際上最具水平和影響力的機器人賽事,它每年舉行一次,不僅具有很強的趣味性、科普性與觀賞性,還為機器人學、人工智慧、多智慧體系統、模式識別、計算機視覺等前沿學科提供了理想的模擬與實驗平臺。
在最近幾年的RoboCup中,一隻隊伍突出重圍,連續幾年都取得了不菲的成績,來看看它在球場的精彩時刻:
賽前準備,先探頭探腦的觀察下地形:
上場後立馬鎖定足球,敢和我搶球?撞倒你!
團團圍住,準備射門:
誒?差一點就進球了?
隊友幫忙補一腳,球進啦!
這是由德國漢堡大學制造的WF Wolves戰隊,它是一個專為 RoboCup 設計的開源人形平臺,他們沒有使用RoboCup中常見到的圓頭圓腦的達爾文型機器人,而是開發了自己的戰隊機器人,在靈活性、穩定性上都得了很大的提升。
足球運動員的養成第一步:扛摔
要成為一名合格的“足球運動員”,機器人首先要扛得住摔,那就要在硬體上下功夫。
抗摔的第一步:體重不能太重。
WF Wolves機器人的製作材料為碳纖維,這是一種非常輕便的材料,可以保證機器人的輕盈體態;其次,機器人由許多3D列印元件製成,可以簡單地進行快速原型製作。
抗摔的第二步:關節緩衝,以免“骨折”。
機器人的膝蓋使用扭矩彈簧來減少關節的負荷,頭部和肩膀均採用了3D列印的彈簧元件,允許關節在受到衝擊時移動,以免損壞電機。
抗摔的第三步;主動避免傷害。
即便有了輕盈的體態和彈性關節,如果受到強烈撞擊讓機器人直挺挺的倒在地面上,那依然無法避免損害。研究人員利用了故障檢測演算法,一旦檢測到機器人受到撞擊摔倒,會立刻將手臂移到安全位置,主動避免傷害。
要麼不跌倒,跌倒也要立刻站起來
抗摔設計是必須的,不過當在球場上受到撞擊時,機器人最好不要跌倒,可以繼續走路並保持平衡,WF Wolves在這方面也表現的很好,研究人員用一個裝滿的大桶水以一定的加速度撞擊正在踏步走的WFWolves,來測試它是否能夠承受一定的撞擊力。
雖然機器人有點向後仰的趨勢,但總體看來還不錯。
此外,還對WF Wolves進行了反應力測試,就是測試它是否能在摔倒後立刻站起來。
研究人員毫不客氣踢了WF Wolves的屁股一腳,機器人倒下去的同時“下意識”的立刻縮回手,避免胳膊關節受損:
之間它趴在地上的下一秒,手臂來了個360度轉體,以跪臥的方式站起身來:
(圖片是沒有加速過的哦)
不同的倒地方式絲毫不會影響機器人的快速反應並站立起身的能力,如果是後仰倒地,機器人可以“鯉魚打挺”站起來:
側面倒下去也沒問題:
跟蹤目標,準確進球
底層基礎建好了,可別忘記足球賽最重要的是得分。
在踢球時,機器人需要區分場上障礙物和目標足球之間的區別,對於我們人類來說,這聽起來微不足道,但機器人一開始並沒有將足球視為足球的概念。
研究人員利用卷積神經網路為球場提供了更多定位,可以檢測到足球、球場界限、球門柱等,用De-Noise去噪以提高足球檢測,避免運動模糊。
機器人不完全依賴於視覺系統,為了防止機器人忘記了球的位置,在不依靠視覺的情況下,研究人員開發了一種基於粒子濾波器來更可靠的跟蹤足球,這樣即使WF Wolves沒有看到球門,也能知道將球踢往哪裡。
WFWolves是一個開源的機器人專案,更多資料戳:
https://github。com/bit-bots/wolfgang_robot
【參考連結】
https://github。com/bit-bots/wolfgang_robot
https://bit-bots。de/en/
https://www。youtube。com/watch?v=16JhWl9DK6A
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