今天的工業(yè)機(jī)器人效率非常高 - 只要它們處于受控環(huán)境中，一切都在他們期望的地方。

但是把它們放在一個(gè)不熟悉的環(huán)境中，他們必須自己思考，它們的效率會(huì)急劇下降。并且動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的難度隨著涉及的機(jī)器人數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)作任務(wù)，一個(gè)團(tuán)隊(duì)，比如三個(gè)自動(dòng)機(jī)器人可能需要思考幾個(gè)小時(shí)來(lái)制定攻擊計(jì)劃。

本周，在電氣和電子工程師協(xié)會(huì)的機(jī)器人和自動(dòng)化國(guó)際會(huì)議上，一組麻省理工學(xué)院的研究人員被提名為兩項(xiàng)最佳論文獎(jiǎng)，這項(xiàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)可以顯著減少機(jī)器人團(tuán)隊(duì)的計(jì)劃時(shí)間。算法產(chǎn)生的計(jì)劃可能效率不高，但在許多情況下，計(jì)劃時(shí)間的節(jié)省將抵消增加的執(zhí)行時(shí)間。

研究人員還測(cè)試了他們的算法的可行性，用它來(lái)指導(dǎo)三個(gè)機(jī)器人在椅子組裝中的工作人員。

麻省理工學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Andrew和Erna Viterbi教授Daniela Rus說(shuō)：“我們對(duì)在制造業(yè)中更廣泛地使用機(jī)器人的想法感到非常興奮。”他的小組開(kāi)發(fā)了新算法。“為此，我們需要能夠比當(dāng)前機(jī)器人更能解決問(wèn)題的機(jī)器人。我們認(rèn)為這個(gè)算法是朝這個(gè)方向邁出的一步。“

Rus在她的實(shí)驗(yàn)室中由三名研究人員加入了論文 - 第一作者是博士后Mehmet Dogar，以及Andrew Spielberg和Stuart Baker，他們都是電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)的研究生。

研究人員提出的問(wèn)題是，一組機(jī)器人必須執(zhí)行具有一系列不連續(xù)步驟的裝配操作，其中一些需要多機(jī)器人協(xié)作。一開(kāi)始，沒(méi)有一個(gè)機(jī)器人知道它將分配給哪個(gè)操作部分：一切都在飛行中確定。

計(jì)算上，問(wèn)題已經(jīng)足夠復(fù)雜，因?yàn)樵诓僮鞯娜魏坞A段，任何機(jī)器人都可以執(zhí)行任何操作，并且在協(xié)作階段，他們必須避免相互沖突。但是，使計(jì)劃真正耗時(shí)的原因是確定每個(gè)機(jī)器人掌握其操縱的每個(gè)物體的最佳方式，這樣它不僅可以成功地完成當(dāng)前任務(wù)，還可以成功完成隨后的任務(wù)。

“有時(shí)，抓握配置可能對(duì)當(dāng)前步驟有效，但下一步有問(wèn)題，因?yàn)樾枰硪粋€(gè)機(jī)器人或傳感器，”Rus說(shuō)。“目前的抓握形成可能無(wú)法讓新的機(jī)器人或傳感器加入團(tuán)隊(duì)。因此，我們的解決方案考慮了多步裝配操作，并優(yōu)化機(jī)器人如何將自己置于考慮整個(gè)過(guò)程的方式，而不僅僅是當(dāng)前步驟。“

研究人員算法的關(guān)鍵在于它推遲了最難掌握的關(guān)于抓握位置的決定，直到它變得更容易。這樣，它可以隨時(shí)中斷，并且仍然有一個(gè)可行的裝配計(jì)劃。如果它沒(méi)有時(shí)間計(jì)算最佳解決方案，機(jī)器人有時(shí)可能必須丟棄并重新抓取它們所持有的物體。但在許多情況下，與計(jì)算綜合解決方案所需的時(shí)間相比，所花費(fèi)的額外時(shí)間將是微不足道的。

原則拖延

該算法首先設(shè)計(jì)一個(gè)完全忽略抓取問(wèn)題的計(jì)劃。這相當(dāng)于一個(gè)計(jì)劃，在該計(jì)劃中，所有機(jī)器人在裝配操作的每個(gè)階段之后都會(huì)丟棄所有機(jī)器人，然后接近下一個(gè)階段，就像它是一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)一樣。

然后，算法考慮從單個(gè)機(jī)器人和正在組裝的對(duì)象的單個(gè)部分的角度從操作的一個(gè)階段到下一個(gè)階段的轉(zhuǎn)換。如果它能夠找到該機(jī)器人的抓握位置以及在該操作的兩個(gè)階段都能工作但不需要對(duì)任何其他機(jī)器人的行為進(jìn)行任何修改的部分，那么它將為該計(jì)劃增加這種把握。否則，它推遲了它的決定。

一旦它處理了所有輕松掌握的決定，它就會(huì)重新審視它被推遲的決定?，F(xiàn)在，它稍微擴(kuò)大了其范圍，在必要時(shí)修改了一個(gè)或兩個(gè)其他機(jī)器人在操作中的一個(gè)或兩個(gè)點(diǎn)的行為，以實(shí)現(xiàn)階段之間的平滑過(guò)渡。但同樣，如果即使擴(kuò)大的范圍證明太有限，它也會(huì)推遲其決定。

如果允許算法運(yùn)行完成，那么最后幾個(gè)掌握決策可能需要在裝配過(guò)程的每一步修改每個(gè)機(jī)器人的行為，這可能是一項(xiàng)非常復(fù)雜的任務(wù)。讓機(jī)器人掉落幾次而不是計(jì)算最佳解決方案通常會(huì)更有效率。

除了他們對(duì)真實(shí)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)外，研究人員還進(jìn)行了大量模擬，涉及更復(fù)雜的裝配操作。在一些人中，他們發(fā)現(xiàn)他們的算法可以在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)可行的計(jì)劃，只涉及幾滴，其中最優(yōu)解決方案需要數(shù)小時(shí)才能計(jì)算出來(lái)。在其他情況下，最佳解決方案是難以處理的 - 計(jì)算需要數(shù)千年的時(shí)間。但他們的算法仍然可以產(chǎn)生一個(gè)可行的計(jì)劃。

“通過(guò)優(yōu)雅的啟發(fā)式方法解決復(fù)雜的規(guī)劃問(wèn)題，Rus的團(tuán)隊(duì)通過(guò)展示三個(gè)移動(dòng)設(shè)備如何能夠找到如何組裝椅子，展示了多機(jī)器人合作的重要一步，”機(jī)器人和智能系統(tǒng)教授Bradley Nelson說(shuō)道。在蘇黎世的瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院。“我對(duì)他們工作的最大擔(dān)憂是它會(huì)破壞我最喜歡的宜家家具之一：在家里自己組裝。