发展先进iCub仿人机器人控制软件
Daniele璞琪,迭戈Ferigo,西尔维奥•Traversaro史犬di Tecnologia (IIT)
iCub项目启动于2004年,是RobotCub欧洲项目的一部分,其主要目的是体现cognition-the理论研究有机体发展认知能力,因为它与环境互动(见边栏)。的主要结果iCub项目1米高,53-degrees-of-freedom人形目前正在开发意大利理工学院(IIT)。多年来,iCub机器人作为研究平台,不同领域的应用机器人,包括平衡、遥控行走和robot-human协作(图1)。
顺时针方向从左上角:iCub射箭,一个瑜伽姿势,走路而通过遥操作控制和与人类一起站起来。
iCub设有50多个马达,以及force-torque传感器、惯性测量单元,和几十个编码器和加速器。开发机器人复杂控制算法是一个困难的挑战。我们的团队在IIT-the动态交互控制团队已经创建了一个基于仿真软件的开发流程万博1manbetx®和仿真软万博1manbetx件编码器™,甚至可以让没有经验的团队成员迅速实现新的控制特性,通过仿真验证他们,运行在一个iCub机器人没有编写任何低级代码。
IIT iCub研究部
IIT iCub项目包括几行研究。动态交互控制团队关注三个方面:telexistence, agent-robot合作(代理是一个人或另一个人形机器人),和空中的人形机器人。
Telexistence使人类能够通过一个机器人化身几乎存在于另一个位置。在我们telexistence实验,iCub走和操纵对象在现实世界中,人类行走和操纵虚拟环境中的对象。当人类需要一个步骤中,我们处理人类运动和一个参考信号发送到iCub,导致它一步。同样的,当人类闭上一只手,一个信号被发送到导致iCub的手接近。
agent-robot合作研究中心的方法,人类和机器人一起工作。在我们的一个实验中,一个人帮助iCub站坐姿。人类戴着一个特别设计的西装,提供实时运动学和动力学数据,使我们能够跟踪和模型人类的动作和肌肉压力与机器人的运动模型。万博1manbetx我们最近扩展机器人协作与交互协作人-机版本实验iCub帮助哪一个第二个iCub站(图2)。
图2。交互协作。人-机
空中人形机器人是我们最活跃的研究领域之一。我们正在做的一个版本iCub将配备喷气背包。它将能够飞到指定位置,土地,并开始走路和与环境的交互(图3)。机器人与这些功能将是有用的在高危灾难搜救情况,如地震、洪水或大火。在这些情况下,机器人的价值从一个建筑能够飞到另一个寻找幸存者,打开大门,关闭煤气阀门,并输入建筑物是不可估量的。
图3。左:模拟iCub配备喷气包检查演习期间等灾难场景。右:与jetpack iCub仿人机器人的设计。
原型iCub控制器
我们的原型控制软件使用仿真软件和开源全身工具箱,IIT发达。万博1manbetx全身工具箱是基于BlockFactory数据流框架中,我们创建了为数据流提供c++接口编程。我们首先建模模型的控制器,将传感器、执行器和机器人常用算法。万博1manbetx整个身体工具箱然后创建接口真实或模拟iCub(图4)。
图4。块在整个身体的工具箱。
我们使用全身工具箱项目最常涉及到动态平衡:机器人控制器控制机器人和环境之间的接触力,使机器人能够维持其平衡即使被人类或者不安。作为次要任务,机器人试图维持一个姿势选择的运营商,过滤掉任何姿势,改变它的平衡与稳定。
我们cosimulate控制模型在仿真软件模型的iCub露台机器人模拟万博1manbetx器(图5)。Cosimulation使我们能够修复缺陷在测试实际的机器人,最小化的风险破坏机器人或危害人类。
图5。Cosimulating简单控制模型与物理模型仿真软件iCub的露台。万博1manbetx
例如,cosimulation设置我们可以确定一个给定的一组收益创造了不稳定行为的机器人意外事件的快速运动。
iCub流测量来自传感器在100赫兹。这些测量机器人中间件YARP发表在网络上。我们通常同步的更新速度控制器输入的速度测量。
一旦我们通过仿真验证了控制器,我们测试它在真正的iCub实验室。在我们的测试设置,仿真软件运行在PC机与一个标准的x86处理器和与通过YARP iCub通信中间件和TCP / UDP。万博1manbetx控制器在模型运行转矩命令发送给机器人,它能够遵循一个万博1manbetx轨迹,同时保持其资产。实时同步块,为全身开发工具箱,同步移动机器人与控制模型在现实世界中。
部署控制器
我们通过网络配置方便快速设计迭代,但叶子iCub依赖TCP / UDP通信链路。打破这种依赖,使iCub操作更独立,我们部署控制器x86处理器内部机器人的头,消除对网络通信的需要,与相关的延迟和风险沟通的错误。
我们从控制生成c++代码模型与仿真软件编码器,编译它,并验证它使用相同的在网络上配置之前,我们使用运万博1manbetx行时控制器模型。然后,我们运行代码在x86处理器安装iCub的头内部,使iCub独立运作作为一个单元而不是一个单独的控制电脑。
便携式控制设计
今天,约40 iCub机器人是在世界各地的研究小组使用。虽然硬件设计不同,每个版本都可以使用相同的控制器设计。这种可移植性是通过一个配置块在我们的机器人仿真软件控制模型,加载一个统一描述格式(URDF)文件描述每个机器人的运动学和动力学。万博1manbetx使用这个配置文件,我们可以运行相同的控制器IIT的120公斤,1.85米高模拟随身听在33-kilogram 1-meter-tall iCub。
展望未来
我们相信,我们的研究将导致许多真实世界的应用程序。例如,在未来,telexistence可以用来帮助残疾人执行任务需要力量或敏捷。在这些情况下,一个机器人在物质世界中,《阿凡达》将和行动由残疾人远程控制人类。
我们研究人机合作是基础在国内创造机器人帮助人类在各个企业的例子,帮助老年人日常生活活动,帮助工厂工人执行任务涉及肌肉骨骼的压力。最后,机器人我们开创性的新分支,空中人形机器人,有大量的应用。喷气动力,沉重的负荷空中平台可以从飞行人形机器人在药物和食品提供救灾期间,沉重的负荷最后一英里交付,消防员和救援平台以及平台对人类进行高压电缆塔检查。
将我们的研究结果转化为真正的应用程序中,我们与iCub设施紧密合作,发展,维护和不断更新iCub人形机器人在使用超过40张在世界各地的研究机构。
2019年出版的
