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机器人能自主学习使用新咖啡机
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-05-15 17:31

图片来源:phys.org


未来家用机器人可以承担做饭、清扫和其它琐碎的家务。你可以教会它们使用咖啡机,然后煮咖啡这事就可以交给机器人了。

但是,如果你买了不同的新咖啡机,你需要重新教它吗?

计算机科学系副教授Ashutosh Saxena说:“机器人已经见过两三种咖啡机了,它应该能搞清楚怎么使用这个新咖啡机。”他指出,目前为止,机器人完成每个任务都必须接受训练,并且在工作中只能做同样的事情。

Saxena在他的机器人学习实验室中提高了机器人的适应性。Saxena和研究生Jaeyong Sung开发出了全新的深入学习算法,该算法能让机器人查询网上的操作手册,或者借鉴与它共享主控的其它机器的经验,从而操作从未见过的机器。Saxena将在7月16日在2015-罗马机器人科学和系统会议(2015 Robotic Science and Systems conference)上展示他们的研究成果。

实现这个目标的障碍之一是自然语言指示中的噪声。你用把手还是开关启动机器人?你拉手柄还是控制杆倒出咖啡?还有,机器主控在哪?怎样操作?机器人会借鉴记录下来的操作数据以解决这些问题。

Sung说:“我们使用深入学习神经网络告诉机器人数据库中的哪个操作与新操作最接近。”机器人深入学习并把信息按层分类,从一般到特殊。它与超大数据库配合使用的效果最佳,所以研究人员利用众包收集了大量的操作记录数据。亚马逊土耳其机器人(Amazon Mechanical Turk)服务可以用低价招募完成简单在线任务的人员,他们使用这个平台邀请了上百人按照说明书操作机器人完成各种任务。为了完成众包,研究人员建立了一个网页界面,用户可以在这里操作虚拟机械臂,就像玩游戏一样。

机器人还能从数据库中学会根据形状而不是位置识别不同种类的主控,还能把它们与说明书中的各种标签联系起来。

研究人员用一台咖啡机做他们的首个实验床,他们把这个机器人叫Robobarista。他们已经用116个不同的家电训练并测试了他们的机器人,包括果汁机、台灯、苏打水机、甚至浴室水槽。转动旋钮这样的操作可以从一种旋钮迁移到另一种旋钮上。拧水槽上的水龙头类似于旋转慢炖锅上的计时器,按冷却器的手柄这种操作可以迁移到按咖啡机上的手柄上。

这个机器人配有3D摄像头,从“点云”开始工作,“点云”是一张图片中每个点的X、Y、Z坐标列表。在实验室里,他们用微软Kinect把视频图像与激光测距仪联系起来。机器人首先翻译操作手册中的标签,然后它会定位点云中的主控,咨询众包模型的计划轨道,最后,机器人的机械臂就会按照轨道操作控制器。

Sung解释道:“我们搞清楚了怎么操作咖啡机的每一部分,而不是怎么操作整台机器。”在目前已被测试过的各种机器中,机器人操作从未见过的机器时的准确率达到了60%,出现的问题是光滑部件反射的光线样式比较复杂,有时很难按形状辨认。

研究人员说:“未来机器人可能需要触觉反馈来适当操作控制器,并且需要操作中的视觉监控来避免碰撞。机器人还可能需要通过反复尝试摸索不熟悉的控制器,并且需要从失败中总结经验。最终,机器人能从在线的RoboBrain数据库中获取动作模型,Saxena创建了这个数据库以便世界各地的机器人咨询。” (科学之家,译审:Y Li)


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