Planification plus rapide des chemins pour les robots errants dans les décombres —

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  • Les robots qui doivent utiliser leurs bras pour se frayer un chemin sur des terrains dangereux viennent de bénéficier d’une mise à niveau de vitesse avec une nouvelle approche de planification de trajectoire, développée par des chercheurs de l’Université du Michigan.

    L’algorithme amélioré de planification de chemin d’algorithme a trouvé des chemins réussis trois fois plus souvent que les algorithmes standard, tout en nécessitant beaucoup moins de temps de traitement.

    Un nouvel algorithme accélère la planification du chemin pour les robots qui utilisent des appendices en forme de bras pour maintenir l’équilibre sur des terrains dangereux tels que les zones sinistrées ou les chantiers de construction, ont montré des chercheurs de l’UM. L’algorithme de planification de chemin amélioré a trouvé des chemins réussis trois fois plus souvent que les algorithmes standard, tout en nécessitant beaucoup moins de temps de traitement.

    “Dans un bâtiment effondré ou sur un terrain très accidenté, un robot ne sera pas toujours capable de s’équilibrer et d’avancer avec seulement ses pieds”, a déclaré Dmitry Berenson, professeur agrégé de génie électrique et informatique et professeur principal à l’Institut de robotique.

    “Vous avez besoin de nouveaux algorithmes pour déterminer où mettre les pieds et les mains. Vous devez coordonner tous ces membres ensemble pour maintenir la stabilité, et cela se résume à un problème très difficile.”

    La recherche permet aux robots de déterminer la difficulté du terrain avant de calculer un chemin à suivre, ce qui peut inclure de s’appuyer sur le mur avec une ou deux mains tout en faisant un pas en avant.

    “Tout d’abord, nous avons utilisé l’apprentissage automatique pour entraîner le robot aux différentes manières dont il peut placer ses mains et ses pieds pour maintenir l’équilibre et progresser”, a déclaré Yu-Chi Lin, récent doctorat en robotique. diplômé et ingénieur logiciel chez Nuro Inc. « Ensuite, lorsqu’il est placé dans un nouvel environnement complexe, le robot peut utiliser ce qu’il a appris pour déterminer le degré de traversée d’un chemin, ce qui lui permet de trouver un chemin vers l’objectif beaucoup plus rapidement. »

    Cependant, même en utilisant cette estimation de traversabilité, la planification d’un long chemin à l’aide d’algorithmes de planification traditionnels prend encore du temps.

    “Si nous essayions de trouver tous les emplacements des mains et des pieds sur un long chemin, cela prendrait beaucoup de temps”, a déclaré Berenson.

    Ainsi, l’équipe a utilisé une approche “diviser pour régner”, divisant un chemin en sections difficiles à parcourir, où ils peuvent appliquer leur méthode basée sur l’apprentissage, et des sections plus faciles à parcourir, où une méthode de planification de chemin plus simple fonctionne mieux.

    “Cela semble simple, mais il est vraiment difficile de savoir comment diviser ce problème correctement et quelle méthode de planification utiliser pour chaque segment”, a déclaré Lin.

    Pour ce faire, ils ont besoin d’un modèle géométrique de l’ensemble de l’environnement. Cela pourrait être réalisé dans la pratique avec un drone volant qui éclaire devant le robot.

    Dans une expérience virtuelle avec un robot humanoïde dans un couloir de décombres, la méthode de l’équipe a surpassé les méthodes précédentes en termes de succès et de temps total de planification, ce qui est important lorsqu’une action rapide est nécessaire dans les scénarios de catastrophe. Plus précisément, sur 50 essais, leur méthode a atteint l’objectif 84 % du temps, contre 26 % pour le planificateur de chemin de base, et a pris un peu plus de deux minutes pour planifier, contre plus de trois minutes pour le planificateur de chemin de base.

    L’équipe a également présenté la capacité de sa méthode à travailler sur un manipulateur mobile du monde réel – un robot à roues avec un torse et deux bras. Avec la base du robot placée sur une rampe raide, il a dû utiliser ses “mains” pour s’appuyer sur une surface inégale pendant qu’il se déplaçait. Le robot a utilisé la méthode de l’équipe pour planifier un chemin en un peu plus d’un dixième de seconde, contre plus de 3,5 secondes avec le planificateur de chemin de base.

    Dans les travaux futurs, l’équipe espère incorporer un mouvement dynamiquement stable, similaire au mouvement naturel des humains et des animaux, ce qui éviterait au robot d’être constamment en équilibre et pourrait améliorer sa vitesse de déplacement.

    L’article décrivant le travail a été publié dans Robots autonomes. Le financement de la recherche a été fourni par l’Office of Naval Research (N00014-17-1-2050).

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