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機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃有專用處理器
DANBACH ROBOT
丹巴赫機(jī)器人認(rèn)為人類旦在蹣跚學(xué)步時(shí)掌握了竅門，就變得非常擅長機(jī)器人學(xué)家口中所說的“運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”：在障礙物四周摸索，在個(gè)塞滿了東西的冰箱里準(zhǔn)確地抓起瓶飲料，或者把手伸到電腦屏幕后面摸到插線口并把纜線連接起來。
但是對于那些有多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的機(jī)器人來說，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是非常困難的，需要十分耗時(shí)的計(jì)算。在個(gè)并沒有為機(jī)器人特意優(yōu)化設(shè)計(jì)過的環(huán)境中，讓機(jī)器人撿起個(gè)物品甚至需要數(shù)秒的計(jì)算。
杜克大學(xué)的研究人員研發(fā)了種為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃特別設(shè)計(jì)的計(jì)算處理器，它的運(yùn)算速度比現(xiàn)有的設(shè)備要快1萬倍，而且其耗能則要低得多。這款新型計(jì)算處理器非?？欤軌?qū)崟r(shí)規(guī)劃和執(zhí)行。而且它功耗十分低，使其可以應(yīng)用在包括幾千個(gè)機(jī)器人的大規(guī)模制造環(huán)境中。
“當(dāng)你在考慮條汽車裝配生產(chǎn)線時(shí)，整個(gè)環(huán)境是受到嚴(yán)格控制的，這樣機(jī)器人可以不厭其煩地遍遍重復(fù)相同的動(dòng)作，”杜克大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)及電子和計(jì)算機(jī)工程助理教授George Konidaris表示。
“汽車的零部件每次都在同個(gè)地方，機(jī)器人被局限在籠中，這樣就不會(huì)受到旁人的干擾。但是如果你的機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，不管汽車零部件是不是在同個(gè)地方，出乎意外地隨意堆放在起，還是有人從旁走過，它總能做出正確的動(dòng)作。”
運(yùn)動(dòng)規(guī)劃領(lǐng)域的研究已經(jīng)進(jìn)行了30年，較近這個(gè)領(lǐng)域的新進(jìn)展已經(jīng)能把復(fù)雜機(jī)器人的規(guī)劃時(shí)間減低到幾秒的程度。除了機(jī)器人采購以外，這些現(xiàn)有的方法般依賴通用CPU，或是計(jì)算速度更快，但是非常耗能的圖形處理器）。
“通用CPU善于處理多種任務(wù)，但是卻無法和精于單任務(wù)的處理器相媲美，”杜克大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Daniel Sorin表示。
Konidaris和Sorin的團(tuán)隊(duì)讓該處理器能夠執(zhí)行碰撞檢測的任務(wù)，它是運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中較為耗時(shí)的部分。該處理器能夠并行執(zhí)行數(shù)以千計(jì)的碰撞檢測任務(wù)。
Sorin表示，“我們對設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，讓硬件和功率預(yù)算專門服務(wù)于這些和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃相關(guān)的特定任務(wù)。”
這個(gè)技術(shù)的原理是這樣的，把機(jī)械臂的操作空間分割成幾千個(gè)被稱為體積像素的3D空間。然后該算法確定某個(gè)物體是否在預(yù)編程運(yùn)動(dòng)路徑所涵蓋的體素中。得益于特制的硬件，該技術(shù)能夠同時(shí)檢測數(shù)千個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑，然后用余下的“安全”選項(xiàng)整合出較短的可能運(yùn)動(dòng)路徑。
瓦特，”Konidaris表示，“即使如此，也需要幾百毫秒，甚至幾秒鐘才能找到個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方案。我們設(shè)計(jì)的處理器所需不到1毫秒，耗能不到10瓦特。即使我們的速度不比他們的快，光節(jié)能這塊就可以給有幾千，甚至幾百萬臺機(jī)器人的工廠節(jié)省可觀的成本。”
Konidaris進(jìn)而表示，該技術(shù)為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的應(yīng)用打開了新思路。
“以前，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是每個(gè)動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行的，因?yàn)橐?guī)劃的過程非常慢，”Konidaris表示，“但是現(xiàn)在它的速度足夠快，可以成為更復(fù)雜的規(guī)劃算法的部分，這個(gè)復(fù)雜規(guī)劃算法或許能把幾個(gè)簡單的動(dòng)作串聯(lián)起來，或者能夠?qū)讉€(gè)物體的動(dòng)作進(jìn)行預(yù)先推理規(guī)劃。”丹巴赫機(jī)器人認(rèn)為該新處理器的速度和能效為自動(dòng)化領(lǐng)域帶來了非常多的機(jī)會(huì)。
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