Est-il difficile pour un robot de maîtriser la force de ses mains et d'effectuer le ménage en toute sécurité ? Le vice-président de l'intelligence artificielle de 1X rédige une explication détaillée

Est-il difficile de construire un robot véritablement humanoïde ?

Habituellement, lorsqu'un robot bouge, toutes ses articulations émettent un clic, mais la startup 1X vue par OpenAI peut faire quelque chose de différent la semaine dernière, le nouvel humanoïde public. Le robot NEO peut être silencieux et pratique. Si on augmente le volume de la vidéo, on entend le léger bourdonnement du moteur qui se penche pour ramasser le sac à dos.

Après avoir regardé cette vidéo, j'ai vraiment envie de demander : n'est-ce pas vraiment un humain portant un étui ?

Les robots industriels d’aujourd’hui peuvent se déplacer très rapidement, mais ils doivent ralentir à une vitesse extrêmement lente avant d’entrer en contact avec des objets. Pour assurer la sécurité, ces robots doivent souvent être gardés dans des cages de sécurité, mais NEO peut serrer doucement la jeune fille dans la vidéo et lui tendre son cartable de manière naturelle et douce. Comment cela se fait-il ?

Eric Jang, vice-président de l'IA chez 1X Technologies, a écrit un blog exposant la technologie derrière NEO.

Il a appelé ce blog un tutoriel sur l'inertie des moteurs et les systèmes d'engrenages. Avant de rejoindre 1X Technologies, Eric Jang a travaillé pendant six ans dans le département de recherche en robotique de Google, mais il a admis que ce n'est qu'en rejoignant 1X Technologies qu'il a profondément compris l'importance de ces concepts.

En effectuant lui-même des calculs physiques, Eric Jang est devenu davantage convaincu que des moteurs légers et à couple élevé sont la clé pour construire des robots universels dotés de capacités d'apprentissage.

Le bruit fort est-il dû à une faible efficacité de conversion d'énergie cinétique des articulations ?

Imaginez une roue pesant 3 kg et ayant un rayon de 0,4 m qui tourne à 5 radians par seconde. À partir de la roue se trouve un levier qui entre en collision avec un bloc fixe. Supposons que la collision est complètement inélastique, ce qui signifie que la roue cessera de tourner après la collision et ne rebondira pas sur le bloc. Pour simplifier les calculs, on suppose que le bras de levier n'a pas de masse et sert uniquement à empêcher la rotation de la roue.

Selon la formule de l'énergie cinétique de rotation , où I est le moment d'inertie et ω est la vitesse angulaire. Le levier étant supposé dépourvu de masse, l'inertie du système est équivalente à celle d'un cylindre fixe : . Brancher les valeurs donne I = 0,24 kg⋅m^2. Par conséquent, l’énergie cinétique de rotation de ce système peut être calculée à 3 Joules.

Dans une collision inélastique réelle, l'impulsion totale de la roue et du bloc est conservée, mais leur énergie cinétique totale ne l'est pas. Par conséquent, l’énergie cinétique de rotation du système sera inférieure à 3 Joules.

L'énergie est une quantité conservée, alors où va le reste de l'énergie cinétique ?

La réponse est qu'une partie de l'énergie cinétique est convertie en mouvement et que l'énergie cinétique restante est consommée sous forme d'énergie thermique, de son et de déformation interne du matériau. Lorsque vous entendez un bruit fort lorsqu'un robot est en mouvement, c'est parce que la transmission de l'énergie cinétique est inefficace, convertissant le travail mécanique en son, et que l'énergie est gaspillée.

Parce que le bloc de bois empêche le mouvement du levier, la nouvelle vitesse de la roue tombe à zéro, et l'énergie cinétique correspondante tombe également à zéro. Cela signifie que pour que la roue cesse de tourner, toute l’énergie cinétique doit être convertie en une autre forme d’énergie. Heureusement, 3 joules, ce n'est pas beaucoup d'énergie, c'est l'équivalent d'un chiot trottant sur vous à 1 m/s et s'arrêtant.

Collision après ajout de la boîte de vitesses

Modifier légèrement le système ci-dessus : Nous avons maintenant deux roues, chaque roue a une masse de 1,5 kg et un rayon de 0,4 mètre. Les deux roues tournent respectivement à 5 rad/s et 50 rad/s (soit 10 fois la vitesse de la première roue) et entrent en collision avec un bloc fixe. La deuxième roue tourne 10 fois plus vite que la première roue et entraîne la première roue grâce à un engrenage. Cette configuration équivaut à un rapport de réduction de 10:1, ce qui réduit la vitesse finale du levier.

L'énergie cinétique du système est la somme de l'énergie cinétique de rotation des deux roues. Comme dans l’exemple précédent, le système s’immobilise après la collision et toute l’énergie cinétique doit être dissipée sous forme de chaleur, de bruit et de déformation du matériau.

Bien que le levier touche le bloc à la même vitesse qu'auparavant, l'énergie cinétique totale (150 joules) est 50 fois supérieure à celle du système à roue unique d'origine ! Si le rapport de démultiplication est augmenté à 100 selon les normes des boîtes de vitesses de robots, l'énergie cinétique totale à dissiper est de 15 000 joules.

C'est à peu près l'équivalent d'une balle de baseball qui vous frappe à 1 000 milles à l'heure. À cette vitesse, tout ce que le levier heurte sera complètement détruit. Bien entendu, le système d’engrenage lui-même ne sera pas à l’abri.

Cela peut être un peu contre-intuitif, car les tringleries d'engrenages sont souvent conçues pour la sécurité. Si la vitesse finale du levier reste inchangée, la masse totale de la roue reste inchangée, et il n'y a pas de cale en bois pour empêcher le mouvement du levier, et les mouvements des deux ensembles d'appareils sont enregistrés et observés séparément, alors vous ne pourra pas faire la différence simplement en regardant la vidéo. Mais lorsqu’il s’agit de collisions, surtout celles qui sont inattendues, la situation est très différente.

La physique des moteurs rotatifs est cruciale pour que les robots humanoïdes puissent interagir en toute sécurité avec le monde. La plupart des entreprises de robotique humanoïde choisissent de déployer des robots dans des usines plutôt que dans des maisons, car elles s'appuient sur des systèmes de transmission à engrenages rigides et à grande vitesse.

Tout comme l'énergie cinétique « destructrice » du baseball mentionnée ci-dessus, ce type de système n'est pas sûr en présence de personnes, elles doivent donc être entourées de cages de protection.

                                                                                                                                   ^{pensez que si vous voulez que le robot apporte une tasse de café rapidement, alors l'effecteur final de ses membres doit se déplacer rapidement, ce qui signifie que de l'autre côté des membres et des engrenages du robot, il doit y avoir un moteur avec une vitesse beaucoup plus rapide que celle de l'effecteur final. Puisque l'énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse angulaire, les mouvements du robot sont en réalité contrôlés par l'inertie des engrenages rotatifs à grande vitesse, plutôt que par les liens des membres du robot. Le professeur Russ Tedrake du MIT a donné une merveilleuse explication de ces phénomènes contre-intuitifs de la dynamique des robots dans sa classe.}

                                                                                                                                                                                                                                                  ^{.         pautan https://root Mengapa menggunakan kotak gear jika ia menggunakan tenaga dan tidak selamat?}

Alasannya ialah kotak gear memberikan leverage mekanikal yang kritikal: banyak motor tidak dapat memberikan tork yang mencukupi apabila bekerja sendiri, jadi jurutera memasang gear pada motor berkelajuan tinggi dikorbankan untuk tork yang diperlukan.

Sistem gear jenis ini adalah "tegar" dan tidak boleh "didorong secara undur". Pusing balik. Jadi pada hujung kotak gear yang lain, lebih banyak daya perlu dikenakan untuk menahan daya putaran yang dihasilkan oleh motor berkelajuan tinggi.

Berdasarkan pertimbangan di atas, 1X Technologies telah komited untuk mengeluarkan tork tinggi, motor berkelajuan rendah selama sepuluh tahun yang lalu untuk memaksimumkan keselamatan sistem transmisi. Terima kasih kepada sistem motor dan pemacu yang digunakan oleh robot NEO dengan nisbah gear yang lebih kecil dan berat yang lebih ringan, ia telah menjadi robot domestik pertama yang boleh disepadukan dengan selamat ke dalam persekitaran rumah.

Mentakrifkan semula kepentingan video kehidupan sebenar untuk latihan robot

Selain mengumpul daripada robot Penyelidik juga boleh menggunakan video perspektif orang pertama yang menjalankan tugasan untuk melatih robot:

1 kemajuan robot umum. Perkakasan robot adalah mahal, dan mengupah pengendali jauh manusia untuk melaksanakan tugas menggunakan perkakasan besar adalah sama mahal. Selain itu, kecekapan operasi jauh adalah sangat rendah, jauh lebih rendah daripada kelajuan di mana manusia boleh menyelesaikan tugas secara langsung.

2. Jika kita mengikat kamera yang dipasang di kepala kepada orang ramai dan menyuruh mereka memakai sarung tangan getah besar yang menutupi badan mereka, kita boleh dengan cepat mengumpul kumpulan data besar orang yang melakukan pelbagai kerja. dan tugasan. Orang biasa secara tidak sedar menyelesaikan sejumlah besar tindakan dan tugas operasi yang berbeza dalam kehidupan seharian mereka. Walaupun terdapat kesukaran untuk melihat secara langsung output gerakan mentah, kita boleh membuat kesimpulan tindakan dengan menganalisis perubahan pose dalam video. Pengumpulan data jenis ini boleh membantu memecahkan halangan kepada pembangunan robot tujuan umum sehingga perkakasan yang lebih maju tersedia.

3 Terdapat banyak video orang pertama dan orang ketiga di Internet, yang boleh melatih robot untuk mengenali dan mempelajari pelbagai aktiviti yang dilakukan orang dalam video, dengan itu berkembang lagi. saiz Data kami.

Sebelum menskalakan pengumpulan data jenis ini, penting juga untuk ambil perhatian bahawa tiada bahagian yang berputar cepat di dalam badan kita Berbanding dengan motor yang berputar pada 5000 RPM , tenaga kinetik otot Sangat rendah, jisim berkesan yang kita bawa semasa bergerak juga jauh lebih kecil, jadi anda akan mendapati bahawa walaupun sudut sendi robot mungkin lebih kurang sama dengan manusia, jisim berkesan yang disediakan oleh motor berputarnya mungkin terlalu besar untuk melaksanakan tugas dengan cekap.

Walaupun kita membangunkan strategi kawalan gerakan yang cekap, robot masih tidak dapat mencapai kelajuan dan kelancaran manusia apabila melakukan tindakan seperti menghidupkan dan mematikan lampu dengan mudah atau berjalan dengan anggun. Ini kerana daya yang dikenakan oleh robot apabila menyentuh objek adalah berbeza dengan ketara daripada manusia.

Jadi, jika anda ingin menukar video manusia dengan cepat kepada strategi pergerakan robot, anda memerlukan kaedah berikut:

1. Robot yang sangat patuh dan fleksibel seperti NEO

2 Biarkan robot menjejaki trajektori gerakan video pada kelajuan lebih perlahan daripada 1x, bukannya menyalin terus " ". Dinamik Perkakasan Manusia. Walau bagaimanapun, ini hanya sesuai untuk tugas operasi statik, dan tidak sesuai untuk tugas yang memerlukan sentuhan dengan banyak objek, seperti melipat pakaian dan menyediakan makanan di dapur.

3. Asingkan perancangan gerakan dan perancangan dinamik, membolehkan perancangan gerakan memberi tumpuan untuk mencapai kedudukan sasaran, manakala perancangan dinamik memfokuskan pada mengawal daya apabila perlanggaran berlaku.

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