Чому так важко ходити?


12

Принаймні, на двох ногах. Асімо , один з найвідоміших роботів-гуманоїдів, вже здатний ходити, хоча, здається, це не дуже стабільно. І це нещодавній результат.

Наскільки я знаю, ноги - це по суті багатовимірні нелінійні системи, теорія їх управління десь на межі "дуже жорсткого" та "неможливого".

Але, наприклад, літаки аналогічно багатовимірні та нелінійні, незважаючи на це, автопілоти досить добре контролюють їх кілька десятиліть тому. Їм достатньо довіритися, щоб довірити їм життя сотень живих людей.

У чому суттєва відмінність, що робить ходьбу такою важкою, а керування літаком - такою легкою?


1
Це хороше питання, яке заслуговує на серйозну аналітичну відповідь. Я впевнений, що, порівнюючи цілі контролю двох систем, відповідь буде очевидною, але для цього ваше питання слід уточнити, щоб відповіді не мали помилкових припущень. Коли ви посилаєтесь на роботизовану ходьбу, ви говорите про ходьбу в невідомих умовах (перешкоди, нерівна місцевість тощо)? Коли ви посилаєтесь на автопілотів, ви маєте на увазі лише включення крейсерських перевезень або ви припускаєте, що повний автономний політ вирішено?
JSycamore

Відповіді:


5

Я не впевнений, що згоден, що двоходова ходьба настільки складніше, ніж управління літаком. Це залежить від того, як ти на це дивишся.

Багато роботів можуть ходити (двоходова ходьба), а багато літаків важко контролювати через характеристики їх польоту або умови польоту. Роботам легше ходити в хороших умовах. Багато погодних умов є надто важкими для багатьох літаків, якими можна керувати. Іноді деякі з цих літаків із сотнями людей в них аваріюють через це.

Але давайте зосередимось на тому, що робить важко двоходовий рух у роботів, і чому ходіння роботів не вдома кожного, оскільки я думаю, що це ваше справжнє питання.

Ходьба вимагає розуміння та реагування на те, як навколишнє середовище та сила тяжіння будуть застосовувати сили до вашого тіла та рухатись ним. Більшість робочих кроків вимірюють орієнтацію всіх своїх частин і мають інерційний датчик (як ваше внутрішнє вухо), який говорить їм, як вони орієнтуються на гравітацію, і тому вони можуть передбачити (і контролювати) вплив сили тяжіння на їх рух.

Розуміти, як навколишнє середовище буде застосовувати сили до тебе, складніше. Ходити по твердій гладкій поверхні легко, тому що ви можете робити припущення про те, яким є контакт між стопою та підлогою, і яке тертя між ними. У багатьох роботів, що йдуть, буде встановлений датчик силового моменту на щиколотці, який допоможе виміряти ці контакти. Деякі матимуть контактні датчики в підошві стопи.

Якщо ви спробуєте ходити по неправильній або нестійкій поверхні, це стає набагато складніше. Ви більше не можете робити припущення, а натомість доведеться оцінювати в режимі реального часу, яке тертя контакту. Це неможливо зробити без правильних датчиків, і якщо робот був сконструйований з купою припущень щодо прогулянкового середовища на увазі, йому буде важко в іншому середовищі. Якщо ви неправильно оцінюєте тертя та підтримку стопи, робот ковзає та падає.

Це контакт з ногою ... але, звичайно, коли ми орієнтуємося в оточенні, яким ми користуємося руками для стабільності, ми можемо нахилитися до чогось тимчасово, і ми натрапимо на речі і оговтаємося від цього. Якщо ви подивитесь на дослідження, проведені в галузі гуманоїдної робототехніки, ви побачите, що різні проекти досліджували (і певною мірою вирішили) всі ці проблеми.

Тепер подумайте про речі, які спричиняють збій вашої ходьби. Маленька губа, яку ви не побачили у дверях, вас об'їде. Крок, який відрізняється висотою, ніж інші, може спричинити спотикання. Поверхня, на якій ви стоїте, що руйнується, призведе до втрати рівноваги. Хорошому робочому ходу доведеться сприймати і контролювати всі ці речі. Тому нам потрібен не лише контроль за ходьбою та контроль відновлення виключень, а й хороші моделі сприйняття та навколишнього середовища, щоб передбачити, де нам потрібно змінити свій контроль на інший, більш відповідний підхід.

Проблема стає дуже складною. Це не проблема управління, це загальна система сприйняття, планування, рефлексу та контролю, яку потрібно розробити. З кожним роком ми досягаємо прогресу, але є більший прогрес у створенні системи з усіма зондуваннями, злиттям датчиків, обробкою та приводом, необхідними для хорошого двоходового руху в людських середовищах.

Чому так важко ходити? Якби мені довелося вибрати один, я б сказав, що сприйняття - це та сфера, на яку потрібно найбільше працювати, а не контролювати.


дякую за інформацію. Я можу не погодитися з " Багато літаків важко контролювати ". Ці літаки керуються на основі лінійних систем, а лінійні системи є дуже добре встановленим полем. Стабільність чорно-біла в лінійних системах.
CroCo

Стабільність чорно-біла в теорії лінійних систем. Справжні літаки не працюють так. Вони не лінійні. Ви можете переглянути підходи, які використовуються та досліджені для контролерів польотів.
hauptmech

Будь ласка, зверніться до лекцій Pro. Жан-Жак Слотин в MIT. У своїх лекціях він констатує цей факт щодо літаків, однак це не так з реактивними винищувачами або літаками, які виконують агресивні маневри.
CroCo

Я думаю, якби ми говорили про це, не було б розбіжностей, а лише уточнення щодо того, які типи літаків та умови польоту можна було б відслідковувати до лінійного керування та доказливо стабільними. У свою відповідь я додав класифікатор, щоб спробувати зробити це більш зрозумілим.
hauptmech

9

По-перше, ви повинні врахувати весь потужний символ: $

Дослідження завжди суперечать $, і, як відомо, важко отримати все необхідне фінансування. Тим часом авіапромисловість приносить прибуток у розмірі 33 дол. США Bbb-billllllllion у 2016 році. Це багато грошей, з якими можна працювати, і багато підстав, щоб дати їх людям, які можуть скласти автоматизовані системи для найгірших сценаріїв, таких як пілотна недієздатність, тощо.

Також є час. Ще багато років і люди провели, працюючи на літаках і вдосконалюючи свою єдину мету - змусити людей рухатися по небу.

Академічно - це інша проблема. Літаки, як зазначалося, дуже тривалий час були (по відношенню до машин, що гуляють) протягом тривалого часу. Все, від посадкового механізму до управління тягою до маніпуляції з елероном, було відпрацьовано широко та модульно; Таким чином, це не «з нуля» процес автоматизації цих процедур.

Ходьба, однак, може бути складнішим завданням. По-перше, відбувається балансування. Людському тілу знадобилося мільйони мільйони років, і у нас є всі належні механіки під шкірою, щоб перевернути щиколотку так чи інакше і т. Д. Повторити ці механіки досить складно, але навчити робота (за правильним часовим шкалою) ) зрозуміти і реагувати на баланс важко. Потім додамо до питання про місцевість. Піднявшись кількома сходами або скелястим пагорбом, врівноважити себе просто стало набагато важче. А під час ходьби ви піднімаєте ногу, дозволите собі в основному впасти на кілька сантиметрів вперед, а потім спіймаєте себе, негайно врівноважуючи, обхопивши за ногу і вже піднімаючи іншу ногу.

Попри це, я думаю, що вам може не вистачити декількох прикольних досягнень в секторі роботів-пішохідних робіт, і вас може заінтригувати ЦЕ відео Boston Dynamics.

Кілька хвилин, і ви точно побачите масштаб механічного та технологічного подвигу, який це.


1

Двоногий робот по суті нестійкий - невеликий стук призведе до того, що він перевалиться.

Комерційний літак по суті стабільний - невеликий порив вітру може перенести його з курсу, але він буде летіти правильним шляхом і не просто випаде з неба.

Незважаючи на те, що літаки з невимушеною стабільністю існують, але для розслабленої стабільності їх можна керувати лише за останній час, використовуючи досить складні автоматизовані системи управління, і навіть тоді вони не є настільки нестабільними, як двоногі роботи.


0

Динамічна ходьба

Причина, чому двоходова ходьба є складнішою, полягає в тому, що реальна фізична симуляція на зразок box2d, havok тощо - це відносна нова концепція в комп'ютернійісторії. Першою широко відомою грою, яка використовувала двигун фізики, була Angry Birds (2009). Пізніше з'явився тренажер QWOP та інші.

Перші дослідження були проведені в лабораторії MIT під керівництвом Марка Райберта. Він не тільки створив одноногу робота, але й створив обчислювальну технологію, яка повністю виконала вимоги SIGGRAPH 1991. Пізніше Boston Dynamics також вперше розробив фізичне моделювання в рамках нового алгоритму. Першим ігровим двигуном для споживчого ринку, який підтримував пішохідні символи, був NaturalMotion Euphoria, який був запрограмований близько 2000 року. Раніше комп'ютерне програмне забезпечення було недостатньо швидким, щоб імітувати фізику в режимі реального часу. Двоярусний контролер поверх фізичного двигуна може бути винайдений лише в тому випадку, якщо моделювання працює досить швидко.

Автопілоти в літаках

Просто неправильно, що автопілоти для літаків існують або що вони здатні висадити Boeing A380. Навіть сучасним бойовим безпілотникам, як X-47B, потрібна людина в циклі для посадки ( уроки, засвоєні під час тесту розвитку літака x-47b, сторінка 21 "Оператори місії працювали безпосередньо з кодерами для розробки / затвердження плану"). Тільки у всесвітніх паро-панках автономні літаки доступні і працюють добре.


3
" Першою широко відомою грою, яка використовувала двигун фізики, була Angry Birds (2009). " Це твердження надзвичайно перекошене у бік властивості "широковідомого" і в цілому просто невірно. Перед Angry Birds було багато ігор, які використовували двигун фізики. Я пам’ятаю 2D-ігри з фізики 90-х. Половина життя 2, маніпулятор енергетичного поля з нульовою точкою, є прикладом у 3D з 2004 року. Angry Birds був популярним, але це не був найсучаснішим механізмом фізичної фізики. І сумнівно, як такі двигуни для ігор порівнюються з робочими в робототехніці.
згинальний блок 22

Це нормально, дякую відповідь. Але, хоча моделювання фізики - це нова річ у ІТ, теорія управління - це не так. Відповідно до порівняння у питанні, ми бачимо: у 2009 році автопілоти вже були добре перевіреною, широко використовуваною, стабільною технологією.
петерх
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.