使用魔方改进和评估机器人操作

华盛顿大学的研究人员最近开发了一种新协议来训练机器人并测试它们在涉及物体操纵的任务中的表现。该协议发表在IEEERoboticsandAutomationLetters上的一篇论文中，基于魔方，这是匈牙利雕塑和建筑师ErnőRubik发明的著名3D组合拼图。

在他们之前的一项研究中，该团队仔细研究了机器人如何获得顺序操作技能，例如处理魔方所需的技能。在他们的实验中，他们观察到人类和机器人在完成3D组合拼图时发现的挑战之间存在不匹配。

“对我们人类来说，决定完成魔方所需的动作是一项挑战，但我们很容易根据需要在物理上操纵和扭曲魔方，”进行这项研究的研究人员之一杨博凌说，告诉TechXplore。“对于机器人来说，情况正好相反。机器人只需要几秒钟就可以执行一个基于搜索的算法，该算法可以确定解决立方体的一系列动作。然而，在现实世界中执行单独的操作需要子厘米定位精度。”

学习操纵魔方对机器人来说可能非常具有挑战性，因为它涉及一系列连续的运动。这意味着机器人所犯的个别错误会累积，从而影响其在任务中的整体表现。

杨和他的同事认为，错误的累积是影响机器人在顺序操作任务中表现的关键问题。由于魔方涉及顺序操作，他们建议使用拼图来评估机器人的操作技能，并将其与其他机器人系统的操作技能进行比较。

“魔方操作需要足够的精度，尤其是在长时间的操作序列中，”杨说。“因此，能够正确快速地操纵魔方的机器人表明了高操纵性能。在我们的协议中，机器人需要尽快执行一系列魔方操作。”

杨和他的同事开发的协议评估了机器人完成魔方的速度和准确性。作为他们研究的一部分，研究人员在一系列测试中展示了它的潜力和适用性。

在第一次测试中，他们使用由WillowGarage设计的机器人平台PR2来评估两种用于提高机器人操作技能的基线算法技术。随后，该团队概述了一系列步骤，可以让另一个名为Herb的著名机器人完成魔方。这证实了他们的协议可以应用于各种机器人平台。

“通过成功完成大量操作和/或最大限度地减少执行操作所需的时间，机器人可以在我们的协议中获得高分，”杨解释说。“因此，我们的协议建立了一个基线，其他研究人员可以将他们的系统与之进行比较。”

未来，Yang和他的同事设计的协议可用于评估不同的计算方法，以实现机器人操作，并比较它们的速度、准确性和整体有效性。此外，该团队的初步研究结果表明，该协议可以很好地推广到各种机器人平台。

“我们相信拥有这样一个标准将使机器人研究人员能够更清楚地确定机器人操作的进展方向，”杨补充道。“对于更普通的观众来说，魔方几乎每个人都可以理解，甚至可以愉快地观看，因此它可以作为学生了解机器人技术的门户。我们现在有兴趣邀请不同领域的研究人员，例如作为传感、规划和机械手设计，尝试我们的基准并使用它来提高机器人操作的准确性和速度。”

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