Cendekiawan China membangunkan persekitaran simulasi robot kejururawatan dan menjalankan eksperimen orang sebenar, memenangi salah satu kertas kerja terbaik dalam IROS 2022

Dari 23 hingga 27 Oktober, persidangan robot teratas IROS 2022 telah diadakan di Kyoto, Jepun. Persidangan itu menerima sejumlah 3,579 penyerahan kertas daripada 57 negara dan wilayah di seluruh dunia, dan akhirnya menerima 1,716 kertas kerja, dengan kadar penerimaan 47.9%.

Antaranya, pasukan Lu Cewu dari Shanghai Jiao Tong University dan penyelidik dari Cornell University dan Columbia University bersama-sama melancarkan robot Kejururawatan persekitaran simulasi RCareWorld. Karya ini menerima salah satu daripada enam anugerah kertas terbaik di persidangan IROS 2022 untuk Kertas RoboCup Terbaik.

Dua kertas RoboCup Terbaik. Sumber imej: Twitter@ctwy

• Alamat kertas: https://arxiv.org/pdf/2210.10821.pdf
• Alamat Github: https://github.com/empriselab/RCareWorld
• Halaman utama kertas: https://emprise.cs.cornell.edu/rcareworld/

Menurut data WHO, 190 juta orang di dunia mempunyai tahap sekatan mobiliti yang berbeza-beza dan memerlukan bantuan penjaga untuk mencapai kualiti hidup yang lebih tinggi. Pada masa ini, negara-negara utama di dunia secara beransur-ansur memasuki masyarakat penuaan yang berbeza-beza, dan permintaan untuk kakitangan kejururawatan meningkat dengan mendadak, dan latihan bakat yang berkaitan memerlukan pelaburan jangka panjang Oleh itu, mereka bentuk robot kejururawatan adalah penyelesaian yang mungkin.

Walau bagaimanapun, pembangunan bidang robot penjagaan menghadapi banyak kesukaran, seperti:

1 dan penjaga Penyelidikan pengumpulan keperluan sebenar orang pertama (tugas, algoritma, data).

2. Pembangunan, penggunaan, operasi dan penyelenggaraan robot sebenar juga sangat mahal.

3. Eksperimen dalam bidang ini perlu diubah suai mengikut cara yang disasarkan selepas memahami keperluan aktiviti harian penerima penjagaan, yang sangat meningkatkan kos penyelidikan.

Oleh itu, platform simulasi yang sangat boleh mensimulasikan senario kejururawatan boleh mengurangkan ambang untuk kemasukan ke dalam bidang penyelidikan ini, menjadikannya lebih mudah untuk menjalankan penyelidikan dalam bidang ini dan membandingkannya dengan rakan akademik. . ​

Berbeza daripada persekitaran simulasi sebelumnya yang digunakan untuk robot tujuan umum, pasukan RCareWorld turut menerima cadangan daripada orang yang berkaitan dengan senario penjagaan dan penyelidik robotik untuk membangunkan idea baharu untuk robot Sokongan penuh disediakan untuk kemahiran pembelajaran yang diperlukan, pemodelan manusia maya, reka bentuk adegan aktiviti, antara muka berfungsi, dsb.

Kemahiran Penjagaan Robot

Pengarang menanda aras tugas penjagaan biasa dalam persekitaran simulasi: memberi makan, berpakaian, mengelap badan, mengubah kedudukan anggota badan, membantu pergerakan, membantu pergi ke bilik air, dsb.

Selain itu, pengarang menjalankan dua eksperimen dunia sebenar:

1. Strategi yang dipelajari dalam tugas mengelap badan telah dipindahkan terus ke eksperimen mesin sebenar.

​

2. Tugas penjagaan sosial di dunia nyata: Pengarang menggunakan pokok tingkah laku untuk program Robot NAO berfungsi sebagai jurulatih, membimbing pemulihan fizikal orang yang dijaga melalui antara muka VR.

Pemodelan manusia maya lengkap: muskuloskeletal, tisu lembut, julat pergerakan sendi

Sistem muskuloskeletal

Sistem muskuloskeletal manusia akan menerima isyarat pengaktifan daripada sistem saraf pengecutan atau kelonggaran otot, dengan itu mendorong pergerakan tulang dan sendi. Dalam proses ini, penulis menggunakan pemodelan model otot jenis Hill dan merujuk kepada data yang berkaitan daripada pangkalan data OpenSim untuk melengkapkan penetapan otot dalam model badan manusia.

Tisu lembut

Sebaliknya, apabila sendi badan manusia bergerak, ia akan menyebabkan ubah bentuk tisu lembut permukaan Penulis menggunakan teknologi simulasi berasaskan XPBD untuk memodelkan bahagian ini. Tisu lembut ini wujud bukan sahaja pada permukaan, tetapi juga dalam rongga mulut. Dalam rongga mulut, penulis juga memodelkan lidah. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, apabila strawberi diletakkan di dalam mulut seseorang, lidahnya berubah bentuk.

Julat pergerakan sendi

Apabila seseorang mengalami beberapa kecederaan, seperti kecederaan tulang belakang (C1-C3, C4-C5 , C6- C7), cerebral palsy, hemiplegia, strok, dsb., mobiliti sendi badan akan sangat terjejas, dan corak pergerakan juga akan berubah. Berdasarkan data klinikal, penulis memodelkan aktiviti sendi badan manusia yang sepadan selepas kecederaan tersebut.

Adegan aktiviti: tiga tahap kebolehcapaian

Mengikut kebolehcapaian adegan aktiviti, adegan dibahagikan kepada tiga peringkat Tahap:

• Biasa (L1): Tiada pengubahsuaian diperlukan pada masa ini.
• Sebahagiannya boleh diakses (L2): Pada masa ini, beberapa objek perlu dialih keluar, dan alat atau bahagian yang menyusahkan perlu diganti Contohnya, pemegang pintu berputar perlu diganti jenis tolak , atau gantikan seluruh pintu dengan pintu gelangsar.
• Boleh diakses sepenuhnya (L3): Pada masa ini, semua kawasan aktiviti harus boleh dilalui dan boleh diakses, yang mungkin melibatkan tangga melebar, lorong, kabinet atas gantung tarik ke bawah dan di bawah permukaan meja Hollow keluar dan pengubahsuaian lain.

Pelan pengubahsuaian komprehensif dirujuk daripada "Manual Reka Bentuk Universal". Mengikut panduan daripada Garis Panduan Reka Bentuk Sejagat, penulis mengubah suai 16 rumah. Model rumah itu dipilih daripada set data Matterport3D dan merangkumi sejumlah 17 dapur, 17 ruang tamu, 59 bilik tidur, 16 ruang makan, 70 bilik mandi, 18 ruang istirahat dan 41 bilik lain. Kawasan rumah yang sesuai dilengkapi dengan katil hospital, anduh pesakit, kerusi roda dan peralatan bantuan perubatan lain.

Antara muka berfungsi: model, penderiaan, antara muka interaktif

Menurut cadangan sarjana penyelidikan robot, persekitaran simulasi hendaklah:

1 Menyokong kawalan model robot penjagaan biasa: termasuk HSR, Stretch, Nao, Fetch, Kinova, Franka, UR, dll.

2. Sediakan penderiaan pelbagai mod: RGB, kedalaman, LiDAR, penderiaan daya sendi dan hujung, sentuhan lengan penuh persepsi.

​

3 Ia mempunyai pelbagai antara muka dan antara muka kawalan interaktif, menyokong perancangan, kawalan dan algoritma pembelajaran, menjadikannya mudah untuk pembangun gunakan : Python, ROS, VR.

Shanghai Jiao Tong University melancarkan platform perisikan yang terkandung RobotFlow/RFUniverse

Projek RCareWorld dibangunkan berdasarkan platform simulasi RFUniverse. RFUniverse ialah platform simulasi robot berbilang fizik di bawah platform perisikan yang terkandung RobotFlow yang dimulakan oleh pasukan Profesor Lu Cewu dari Universiti Shanghai Jiao Tong. Platform simulasi menyokong tugas operasi robot lanjutan termasuk memotong makanan, melipat pakaian dan tugas lain. Menyediakan sokongan untuk badan tegar, badan sendi, badan fleksibel, cecair dan jenis objek lain. Pasukan MVIG Lu Cewu dari Universiti Jiao Tong Shanghai mempunyai penyelidikan jangka panjang mengenai kecerdasan yang terkandung dan penglihatan komputer Pasukan ini telah menerbitkan lebih daripada 100 kertas kerja dalam "Nature", "Nature. Machine Intelligence", TPAMI, ICRA, IROS, membentuk GraspNet. (Anygrasp), Aphapose, Pembelajaran robot yang terkenal dan sistem penglihatan komputer seperti HAKE.

Sekarang sumber terbuka: https://github.com/mvig-robotflow/pyrfuniverse

RCareWorld Paper Common Pengarang pertama, Dr. Xu Wenqiang, adalah kakitangan teras sistem ini.

Pengenalan kepada pengarang bersama pertama

Ye Ruolin, pelajar ijazah sarjana muda di Jabatan Elektronik di Universiti Shanghai Jiao Tong, dan calon kedoktoran tahun pertama di Jabatan Sains Komputer di Universiti Cornell, di bawah seliaan Profesor Tapomayukh Bhattacharjee. Arah penyelidikan adalah interaksi manusia-robot. Kerja utama RCareWorld telah disiapkan semasa latihannya di Makmal MVIG Universiti Jiao Tong Shanghai (mentor Lu Cewu).

Xu Wenqiang ialah pelajar kedoktoran tahun empat di Makmal MVIG Universiti Jiao Tong Shanghai, belajar di bawah Profesor Lu Cewu. Hala tuju penyelidikan adalah kecerdasan yang terkandung. Pimpin projek RobotFlow dalam makmal, yang merangkumi platform simulasi robot berbilang fizik RFUniverse, yang merupakan asas RCareWorld.

• Projek RobotFlow: https://robotflow.ai
• Platform RFUniverse: https ://sites.google.com/view/rfuniverse

Atas ialah kandungan terperinci Cendekiawan China membangunkan persekitaran simulasi robot kejururawatan dan menjalankan eksperimen orang sebenar, memenangi salah satu kertas kerja terbaik dalam IROS 2022. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!