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機器人運動規(guī)劃有專用處理器
DANBACH ROBOT
丹巴赫機器人認為人類旦在蹣跚學步時掌握了竅門，就變得非常擅長機器人學家口中所說的“運動規(guī)劃”：在障礙物四周摸索，在個塞滿了東西的冰箱里準確地抓起瓶飲料，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節(jié)機械臂的機器人來說，運動規(guī)劃是非常困難的，需要十分耗時的計算。在個并沒有為機器人特意優(yōu)化設計過的環(huán)境中，讓機器人撿起個物品甚至需要數(shù)秒的計算。
杜克大學的研究人員研發(fā)了種為運動規(guī)劃特別設計的計算處理器，它的運算速度比現(xiàn)有的設備要快1萬倍，而且其耗能則要低得多。這款新型計算處理器非常快，能夠?qū)崟r規(guī)劃和執(zhí)行。而且它功耗十分低，使其可以應用在包括幾千個機器人的大規(guī)模制造環(huán)境中。
“當你在考慮條汽車裝配生產(chǎn)線時，整個環(huán)境是受到嚴格控制的，這樣機器人可以不厭其煩地遍遍重復相同的動作，”杜克大學計算機科學及電子和計算機工程助理教授George Konidaris表示。
“汽車的零部件每次都在同個地方，機器人被局限在籠中，這樣就不會受到旁人的干擾。但是如果你的機器人進行實時運動規(guī)劃，不管汽車零部件是不是在同個地方，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作。”
運動規(guī)劃領域的研究已經(jīng)進行了30年，較近這個領域的新進展已經(jīng)能把復雜機器人的規(guī)劃時間減低到幾秒的程度。除了機器人采購以外，這些現(xiàn)有的方法般依賴通用CPU，或是計算速度更快，但是非常耗能的圖形處理器）。
“通用CPU善于處理多種任務，但是卻無法和精于單任務的處理器相媲美，”杜克大學電氣和計算機工程和計算機科學教授Daniel Sorin表示。
Konidaris和Sorin的團隊讓該處理器能夠執(zhí)行碰撞檢測的任務，它是運動規(guī)劃中較為耗時的部分。該處理器能夠并行執(zhí)行數(shù)以千計的碰撞檢測任務。
Sorin表示，“我們對設計進行了優(yōu)化，讓硬件和功率預算專門服務于這些和運動規(guī)劃相關的特定任務。”
這個技術的原理是這樣的，把機械臂的操作空間分割成幾千個被稱為體積像素的3D空間。然后該算法確定某個物體是否在預編程運動路徑所涵蓋的體素中。得益于特制的硬件，該技術能夠同時檢測數(shù)千個運動路徑，然后用余下的“安全”選項整合出較短的可能運動路徑。
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運動規(guī)劃方案。我們設計的處理器所需不到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，甚至幾百萬臺機器人的工廠節(jié)省可觀的成本。”
Konidaris進而表示，該技術為運動規(guī)劃的應用打開了新思路。
“以前，運動規(guī)劃是每個動作單獨進行的，因為規(guī)劃的過程非常慢，”Konidaris表示，“但是現(xiàn)在它的速度足夠快，可以成為更復雜的規(guī)劃算法的部分，這個復雜規(guī)劃算法或許能把幾個簡單的動作串聯(lián)起來，或者能夠?qū)讉€物體的動作進行預先推理規(guī)劃。”丹巴赫機器人認為該新處理器的速度和能效為自動化領域帶來了非常多的機會。
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