纏成一坨的耳機(jī)線，這機(jī)器人兩下就能解開(kāi)

魚(yú)羊 2022-08-14 14:14:40 來(lái)源：量子位

Pine 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

明明自己已經(jīng)整理過(guò)了，數(shù)據(jù)線卻還是繞成一團(tuán)。

這像不像耳機(jī)從你的包里剛?cè)〕鰜?lái)的樣子。

現(xiàn)在不用怕了！加州大學(xué)研究出了一款機(jī)器人，可以輕松理順數(shù)據(jù)線。

有網(wǎng)友對(duì)這個(gè)研究結(jié)果“相見(jiàn)恨晚”：

就不能在Air Pods出來(lái)之前訓(xùn)練出這個(gè)機(jī)器嗎？

有了這個(gè)機(jī)器人，就再也不怕那“不聽(tīng)使喚”的線了。

機(jī)器人整理這些纏繞的線，它是怎么工作的呢？

工作原理

雙手機(jī)器人通過(guò)感知即將處理的線，使用兩個(gè)夾鉗來(lái)理順?biāo)鼈儭?/p>

在整理線的過(guò)程中，機(jī)器人的特殊構(gòu)造以及各個(gè)系統(tǒng)等都要起到很重要的作用。

首先是它的夾鉗結(jié)構(gòu)，這個(gè)夾鉗（PC）觸手既可以鉗式（pinch-pinch）抓取，又可以籠式（cage-cage）抓取，也可以二者相結(jié)合（pinch-cage）。

△圖注：中間為籠式抓取，右邊為鉗式抓取

鉗式抓取時(shí)線不能任意滑動(dòng)，而籠式抓取和兩者結(jié)合抓取時(shí)，線能夠滑動(dòng)。

籠式抓取可以在解結(jié)操作中用到，鉗式、籠式結(jié)合抓取一般用來(lái)檢測(cè)線有沒(méi)有打結(jié)。

多種抓取模式可以讓機(jī)器人進(jìn)行更多的操作，并且很適合整理較長(zhǎng)的線。

其次是機(jī)器人的感知系統(tǒng)，它可以獲知整理線的過(guò)程中這條線的“狀態(tài)”：纏繞方式，打結(jié)的數(shù)量，何處打結(jié)··· ···從而影響機(jī)器人的后續(xù)操作。

具體來(lái)說(shuō)，感知系統(tǒng)包括端點(diǎn)探測(cè)，實(shí)時(shí)追蹤線，結(jié)點(diǎn)探測(cè)等。

端點(diǎn)探測(cè)是指感知要整理的線的兩個(gè)端點(diǎn)，確?？梢赃M(jìn)行下一步操作。

實(shí)時(shí)追蹤線是通過(guò)傳感器來(lái)探測(cè)整條線，從起點(diǎn)開(kāi)始，追蹤到交叉點(diǎn)就停止。

節(jié)點(diǎn)探測(cè)是用于檢測(cè)整根線中的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，單純的交叉點(diǎn)并能不算在其中。

感知到要處理的線的“狀態(tài)”之后，就意味著要進(jìn)行操作了。

那么在整理的時(shí)候，兩個(gè)抓手都可以進(jìn)行什么操作（操作指令）呢？

1、Reidemeister移動(dòng)：這個(gè)操作是在整理時(shí)的第一個(gè)動(dòng)作，兩個(gè)抓手抓住兩端的結(jié)點(diǎn)，然后將其拉向兩端，使線上的打結(jié)處都展現(xiàn)出來(lái)。

2、搖晃：晃動(dòng)纏繞的線主要有兩個(gè)用處，其一是當(dāng)線的兩端很難找到，無(wú)法進(jìn)行Reidemeister移動(dòng)時(shí)，通過(guò)晃動(dòng)來(lái)尋找端點(diǎn)，其二是搖晃可以使打結(jié)處松動(dòng)，更利于后續(xù)操作。

3、物理跟蹤：整理線時(shí)，需要一個(gè)臂緊抓住線的一端，另外一個(gè)臂滑動(dòng)追蹤打結(jié)處。

4、結(jié)點(diǎn)隔離：當(dāng)解開(kāi)上一個(gè)結(jié)時(shí)，就要立即執(zhí)行這個(gè)操作，把已經(jīng)處理好的部分撥到一邊。

5、雙籠分離：這個(gè)是解開(kāi)打結(jié)處的一個(gè)重要?jiǎng)幼?，兩個(gè)抓手抓住節(jié)點(diǎn)內(nèi)的兩點(diǎn)，然后向兩端拉開(kāi)，結(jié)就打開(kāi)了

了解完這波機(jī)器人的操作指令后，就可以來(lái)看看這些指令是怎么運(yùn)用到實(shí)際操作中的？

整個(gè)理線的核心就是抓滑系統(tǒng)（Sliding and Grasping for Tangle Manipulation，簡(jiǎn)稱(chēng)SGTM），通過(guò)抓取和滑動(dòng)等一系列操作來(lái)解開(kāi)纏繞的線。

SGTM從識(shí)別端點(diǎn)開(kāi)始。如果兩個(gè)端點(diǎn)都可見(jiàn)，那么它將繼續(xù)進(jìn)行Reidemeister移動(dòng)（指令1）。

如果看不到端點(diǎn)，它就會(huì)晃動(dòng)（指令2）線，直至可以探測(cè)到兩個(gè)端點(diǎn)，然后進(jìn)行Reidemeister移動(dòng)。

接下來(lái)會(huì)用感知系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)探測(cè)，如果遇到結(jié)，執(zhí)行雙籠分離操作（指令5）以解開(kāi)它，然后返回第一步。

如果沒(méi)有檢測(cè)到結(jié)的存在，將執(zhí)行物理跟蹤（指令3），這次跟蹤未檢測(cè)到結(jié)的存在的話(huà)，線就整理完畢。

但若在物理跟蹤時(shí)發(fā)現(xiàn)額外的結(jié)，則該結(jié)被隔離（指令四）并放置在工作空間中，算法返回到結(jié)探測(cè)步驟。

讀到這里，機(jī)器人如何整理纏繞的線我們也都明白了。

那么它整理這些線的效果如何？

最長(zhǎng)可整理3米的線

在加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究中，這個(gè)機(jī)器人最長(zhǎng)可成功解開(kāi)3米的數(shù)據(jù)線。

并且當(dāng)線中存在一個(gè)結(jié)時(shí)，機(jī)器人解開(kāi)的成功率為 67%，存在兩個(gè)結(jié)時(shí)，解開(kāi)的成功率為 50%。

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參考鏈接：
[1] https://twitter.com/vainavi_v/status/1553829336515416064
[2] https://sites.google.com/view/rss-2022-untangling/home
[3] https://arxiv.org/abs/2207.07813

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