Opublikowano: 20 maja 2025 / Aktualizacja od: 20 maja 2025 r. - Autor: Konrad Wolfenstein
System skrętu: technologia przechwytywania ruchu (MOCAP) rewolucjonizuje kontrolę robotów humanoidalnych-Image: xpert.digital
Teleoperowany system imitacji całego ciała: interakcja w czasie rzeczywistym Human-Robot Zmieniamy technologię robota
Ludzkie ruchy dla robotów: potencjał systemu skrętu
Naukowcy osiągnęli znaczący przełom w opracowywaniu systemów teleoperacji dla robotów humanoidalnych. Korzystając z technologii przechwytywania ruchu, roboty humanoidalne mogą teraz wykonywać ruchy podobne do ludzi w czasie rzeczywistym. Ta innowacja umożliwia precyzyjną i intuicyjną kontrolę robotów, co jest ważnym krokiem w kierunku rozwijania robotów o pełnej umiejętnościach. Nowy zwrot systemu (teleopatyzowany system naśladowania całego ciała), który przenosi ruchy pełnego ciała osoby na robota, jest szczególnie niezwykły, a zatem zwiastuje nową erę interakcji człowieka-robot.
Nadaje się do:
Podstawy operacji teleobiektywu opartego na przechwytywaniu ruchu
Teleoperacja opisuje zdalne sterowanie maszyn i jest szczególnie ważna w obszarze robotyki. Systemy teleobotyczne są używane, jeśli przestrzeń robocza jest zbyt daleko, zbyt mała, zbyt duża lub zbyt niebezpieczna dla ludzi. Odsporowanie przestrzenne między ludźmi (operatorem) i robotem (Teleoperator) umożliwia operacje w różnych obszarach, takich jak minimalnie inwazyjna operacja, opis inteligencji lub zastosowania przestrzenne.
Technologia przechwytywania ruchu (MOCAP) stanowi podstawę nowoczesnych systemów teleoperacji. Ta technologia umożliwia szczegółowe nagrywania i symulacje ruchu ludzkiego, w którym można zdigitalizować poszczególne osoby lub całe grupy ludzi. Zarejestrowane ruchy są inteligentnie przetwarzane i mogą być używane do animacji ciał i ich ruchów.
Jak działa technologia przechwytywania ruchu
W technologii przechwytywania ruchu ruchy ciała prawdziwych ludzi są precyzyjnie ścigane i rejestrowane za pomocą specjalnego garnituru z punktami znakowania i systemami optycznymi. Dane dotyczące ruchu wszystkich części ciała są zbierane - nie tylko ramionami, dłoniami, nogami i stóp, ale także kadłubem, biodrami i głową. Te kompleksowe dane są następnie konwertowane na polecenia za pomocą sztucznej inteligencji (AI), które mogą prowadzić roboty humanoidalne.
System skrętu: przełom w teleskopie robotów
System skrętu opracowany na Uniwersytecie Stanford i Simon Fraser University to znaczący postęp w teleobiektywu humanoidalnego robota.
„Chcemy, aby humanoidy mieli ten sam poziom umiejętności pełnego ciała, co ludzie”-wyjaśnia Yanjie Ze, pierwszy autor badania Twist. „Wyobraź sobie nieporządną kuchnię. Ludzie mogą trzymać rzeczy z dwiema rękami i używać stóp, aby poruszać przeszkody, takie jak kosz na ziemi. Ludzie mogą również otworzyć drzwi z bokami ciała lub łokci. Chcemy, aby humanoidy mogli zrobić to samo przez imitację ludzi bezpośrednio”.
Techniczne wdrożenie Twist
System skrętu zawiera trzy niezbędne elementy:
- Akwizycja danych i retargeting: Za pomocą retargetingu offline i online ruchy ludzkie są dostosowywane do robota. Odbywa się to poprzez zoptymalizowane przenoszenie pozycji i orientacji złącza 3D, w których orientacja ciała i umieszczanie stóp są również dostosowywane w czasie rzeczywistym.
- Szkolenie kontrolera w symulacji: Twist wykorzystuje dwustopniowe podejście z metodologią „nauczyciela ucznia”:
- Kontroler „nauczyciela” ma uprzywilejowany dostęp do przyszłych ruchów referencyjnych, co umożliwia planowanie płynnych ruchów.
- Kontroler „studentów” jest szkolony przez kombinację uczenia się wzmocnienia (RL) i klonowania zachowań (BC) i może uzyskać dostęp tylko do bieżących informacji o ruchu.
- Kontroler całego ciała: Wyszkolony kontroler umożliwia robotowi wykorzystanie wszystkich stopni swobody, podczas gdy równowaga jest utrzymywana w tym samym czasie. Powoduje to bardziej naturalne i ludzkie ruchy.
W testach z humanoidalnym robotem G1 z UNTERE badacze odkryli, że wystarczyli, aby zarejestrować ruchy pełnego ciała i precyzyjnie przenieść je do stawów robota, zapewniając, że ruchy różnych kończyn.
Nadaje się do:
Wyzwania w humanoidalnym teleobiektywie
Rozwój systemów teleoperacji dla robotów humanoidalnych stanowi badaczom kilka złożonych wyzwań:
Zgadzaj lukę w wykonaniu
Głównym wyzwaniem jest pomostowanie „szczeliny wcielenia”-anatomiczne różnice między ludźmi i robotami. Ponieważ roboty mają inne proporcje, konfiguracje wspólne i właściwości fizyczne niż ludzie, bezpośrednie przenoszenie ruchów ludzkich nie jest łatwo możliwe.
Równowaga i koordynacja całego ciała
Humanoidalne śledzenie całego ciała wymaga nie tylko precyzyjnej kontroli poszczególnych stawów, ale także dynamicznego utrzymania równowagi podczas złożonych ruchów. W konwencjonalnych systemach chirurgii teleobiektywów koncentruje się często tylko na izolowanych ruchach, takich jak lokomocja lub manipulacja, podczas gdy Twist umożliwia skoordynowane ruchy pełnego ciała.
Opóźnienie i sensoryczne informacje zwrotne
Systemy teleoperacji muszą przezwyciężyć problemy, takie jak opóźnienie (opóźnienie czasowe) i ograniczenia sprzężenia zwrotnego sensorycznego. Czynniki te mogą wpływać na synchronizację ludzkich działań z reakcjami robotycznymi.
Różnorodne aplikacje przechwytywania ruchu teleobiektyw
Operacja teleobiektywu oparta na teleobiektywach humotenowych robotów otwiera wiele możliwych zastosowań:
Niebezpieczne sytuacje i operacje ratownicze
W niebezpiecznych środowiskach zamiast ludzi można używać robotów teleoperacyjnych, na przykład w rozróżnianiu materiałów wybuchowych (eod - wybuch wybuchowy). W latach 2015–2020 w samej Wielkiej Brytanii odbyło się około 2000 operacji EOD, co ilustruje potrzebę bezpiecznych alternatyw.
Złożone zadania manipulacyjne
Roboty humanoidalne mogą wykonywać złożone zadania manipulacyjne poprzez teleoperację, na przykład w nieustrukturyzowanych środowiskach, takich jak kuchnie lub warsztaty. Zdolność do korzystania z całego ciała, w tym ramion, rąk, nóg i stóp, oferuje tutaj kluczowe zalety.
Robotyka społeczna i ekspresyjność
W przypadku humanoidalnych robotów społecznych niezbędna jest zdolność do wyrażania ekspresyjnych ruchów. System OCRA opracowany na MPI (optymalizacyjny algorytm retargetowania) umożliwia obrazy ruchu w czasie rzeczywistym między różnymi łańcuchami kinematycznymi, co prowadzi do ruchów intuicyjnych i podobnych do człowieka.
Alternatywne podejścia i porównanie różnych systemów
Oprócz skrętu istnieją różne inne podejścia do operacji teleobiektywu opartego na przechwytywaniu ruchu:
Systemy oparte na IMU
Niektórzy badacze stosują systemy przechwytywania ruchu oparte na IMU (bezwładności jednostki pomiarowej), które są przenośne i tańsze niż systemy optyczne. Technologia ta jest używana na przykład do obsługi teleobiektywu zadań manipulacji loco, w których łącznie się lokomotywa i manipulacja.
Podejścia sieciowe neuronalne
Alternatywne podejście wykorzystuje sieci neuronowe do nauki przypisania między danymi czujnikowymi kombinezonu przechwytywania ruchu a pozycjami kątowymi tapicerki robota. Ta metoda nie wymaga poprzedniego modelu analitycznego lub matematycznego robota i dlatego może być stosowana do różnych par ludzkich.
Systemy dla określonych części ciała
Oprócz systemów operacyjnych teleobiektywów na całe ciało, istnieją również wyspecjalizowane systemy, które koncentrują się na niektórych częściach ciała, takich jak rejestrowanie ruchu podwójnego. Systemy te odgrywają ważną rolę w precyzyjnej kontroli bionicznych robotów dwumualnych do zadań manipulacji.
Nadaje się do:
Ostatnie postępy i przyszłe perspektywy
Rozwój systemów teleoperacji dla robotów humanoidalnych rozwija się szybko. Oprócz Twist, naukowcy niedawno zaprezentowali dalsze innowacyjne systemy:
H2O: człowiek do humanoidów
System H2O umożliwia jedynie teleobiektywę w czasie rzeczywistym kompletnego robota humanoidalnego z kamerą RGB. Używa ramki opartej na RL i procesu „SIM-to-Data” do filtrowania i wyboru odpowiednich ruchów dla robotów humanoidalnych.
Operacja teleobiektywu obsługiwana przez AR
Naukowcy badają również, w jaki sposób rzeczywistość rozszerzona (AR) może wspierać telefony oparte na MOCAP. Wizualizując wirtualne odniesienie ludzkiego ramienia oprócz ramię robota, użytkownicy mogą lepiej zrozumieć obrazy ruchowe.
KI i przechwytywanie ruchu: przyszłość interakcji ludzkich-robot
Operacja teleobiektywu oparta na teleobiektywach robotów humanoidalnych rozwinęła się znacznie w ostatnich latach. Systemy takie jak Twist oznaczają znaczący postęp, umożliwiając robotowi wykonywanie pełnych ruchów ludzkich w czasie rzeczywistym.
Połączenie technologii przechwytywania ruchu i zaawansowanych metod AI, takich jak uczenie się wzmocnienia i klonowanie zachowań, otwiera nowe możliwości interakcji ludzkich. Roboty humanoidalne mogą teraz nie tylko wykonywać izolowane ruchy, ale także skoordynowane pełne działania, które umożliwiają wyższe umiejętności i ekspresję.
W przyszłości technologie te mogą znacznie zwiększyć stosowanie robotów humanoidalnych w niebezpiecznych środowiskach, z złożonymi zadaniami manipulacji i kontekstami społecznymi. Ciągłe doskonalenie precyzji, solidności i przyjazności dla użytkowników w systemach teleoperacji pomoże dalej zmniejszyć lukę między ludzkimi zdolnościami a robotycznym wykonywaniem.
Nadaje się do:
Twój globalny partner w zakresie marketingu i rozwoju biznesu
☑️Naszym językiem biznesowym jest angielski lub niemiecki
☑️ NOWOŚĆ: Korespondencja w Twoim języku narodowym!
Konrada Wolfensteina
Chętnie będę służyć Tobie i mojemu zespołowi jako osobisty doradca.
Możesz się ze mną skontaktować wypełniając formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 (Monachium) . Mój adres e-mail to: wolfenstein ∂ xpert.digital
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
