迪士尼的研究人員研發(fā)了一種新算法，可以將使用傳統(tǒng)動畫軟件創(chuàng)造的動作轉(zhuǎn)移到機(jī)器人身上，同時減少機(jī)器人運(yùn)動產(chǎn)生的機(jī)械振動。
迪士尼的研發(fā)團(tuán)隊在SIGGRAPH 2019上發(fā)表的論文《Vibration-Minimizing Motion Retargeting for Robotic Characters》，介紹了這種機(jī)器人減振方法，能有效的使機(jī)器人做出動作時不再發(fā)生劇烈搖擺。
下面我們一起根據(jù)迪士尼的動畫演示直觀的了解一下這種減振算法能產(chǎn)生什么樣的效果。
一、新算法能預(yù)測機(jī)器人振動
由于物理定律，設(shè)計和編程機(jī)器人很難做到讓機(jī)器人在運(yùn)動過程中保持平穩(wěn)的移動。當(dāng)機(jī)器人部件動態(tài)移動時，工業(yè)機(jī)器人維修，它所連接的所有東西都會發(fā)生形態(tài)變化。
機(jī)器人振動優(yōu)化算法能否起作用，很大程度取決于機(jī)器人模型本身的優(yōu)劣。隨著機(jī)器人變得越來越復(fù)雜高效，它能夠發(fā)生形態(tài)變化的部件也越來越多。從本質(zhì)上來講，每一處能發(fā)生彎曲的部件都會引發(fā)另一個部件的變化，這就會導(dǎo)致機(jī)器人全身產(chǎn)生劇烈的晃動。
如果機(jī)器人非常龐大且堅硬，那它發(fā)生的彎曲和晃動可能并不明顯，但輕量級、設(shè)計用于人類周圍的機(jī)器人在做出動作時會有明顯的形態(tài)變化并產(chǎn)生晃動。這些部件的晃動會使機(jī)器人無法高效的完成任務(wù)，甚至可能造成破壞。
迪士尼的動畫設(shè)計師重新設(shè)計機(jī)器人要做的特定動作，結(jié)合新算法優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動產(chǎn)生的振動。這個算法工具還能預(yù)測機(jī)器人將產(chǎn)生怎樣的振動，然后向電機(jī)發(fā)出指令，KUKA機(jī)器人維修，庫卡機(jī)器人，進(jìn)行微小但精準(zhǔn)的額外動作來消除振動，同時仍然使機(jī)器人按照動畫設(shè)計的方式運(yùn)動。
二、機(jī)器人打拳擊也不會晃
研究人員解決機(jī)器人運(yùn)動產(chǎn)生晃動問題的方法是，優(yōu)先抑制最明顯的大振幅振動，即使是在結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的機(jī)器人上，這種優(yōu)先條件也能發(fā)揮作用。
在拳擊動作的演示中，研究人員將動畫重新定位成具有13個自由度的人形機(jī)器人，在仿真模型和系統(tǒng)上用拳擊手套代替雙手。拳擊動作包含更快速的運(yùn)動和突然停止。
加速的動作會導(dǎo)致過度的振動，特別是機(jī)器人閃避并移動上半身時。在使用算法進(jìn)行優(yōu)化前，機(jī)器人電機(jī)控制運(yùn)動有9厘米左右的晃動，經(jīng)過研究人員和動畫設(shè)計的同時優(yōu)化，電機(jī)控制的晃動被縮小在1.5厘米以內(nèi)，并保持了輸入的動畫沒有明顯的視覺差異。
結(jié)語：機(jī)器人穩(wěn)定性研究成為新方向
隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也在不斷進(jìn)步，越來越的的機(jī)器人開始出現(xiàn)在人類的日常工作和生活中。但目前，這些機(jī)器人的研究都還在朝著能讓機(jī)器人做出更多動作、具備更多功能的方向發(fā)展。
加強(qiáng)機(jī)器人的穩(wěn)定性，不僅能提高它的工作效率，也能更好的保護(hù)機(jī)器人各個部件不受損壞。機(jī)器人的功能變得越來越復(fù)雜，能完成的任務(wù)也越來越豐富多樣，如何讓機(jī)器人能更穩(wěn)定高效的完成任務(wù)成為了機(jī)器人技術(shù)發(fā)展新的研究方向。