最低延迟仅12毫秒!威海“3人团队”研发出世界上打拳最快的机器人

自动化最前线 2023-08-18
2077 字丨阅读本文需 6 分钟

受到2011年电影《铁甲钢拳》的启发,威海的三人团队研发了世界上最快的遥控机器人 QIOT,它可以在12毫秒的延迟下模仿运动,就像电影中休·杰克曼和亚当暴揍宙斯时一样。

这款机器人的速度是目前最快的遥控机器人。这款机器人能够完美地复制人类动作,并与AI控制的拳击手进行拳击比赛,实现人类对机器人的完全控制。即使将机器人模仿人类动作的视频放慢到0.1倍速,其动作也几乎毫无延迟,只有12毫秒,相当于人类眨眼时间的1/15。

世界上最快的遥控机器人

如今遥控机器人应用在外科手术和海底勘探等场景,但它们都有时间滞后或延迟,通常为100毫秒。而人类对低至10到20毫秒的延迟很敏感,这为团队设立了目标,他们通过优化机器人机械结构与AI预测操作员指令最终将延迟降到了仅12毫秒。其中4毫秒延迟来自用于追踪人类运动的虚拟现实装置。

这个机器人名叫QIBBOT,是以公司“奇波机器人”的名字命名的,整个开发团队只有3个人。QIBBOT是迄今为止反应最快的遥控机器人,机器人手臂末端可以实时跟踪人手的位置,每毫秒更新一次,延迟仅为12毫秒,肉眼几乎看不出来!就连开发者也表示:自己拖了机器人的后腿,如果用AI控制,就能达到机器人的速度极限。

这个机器人的创造者使用了一种称为“预测性控制”的技术,它可以使机器人在执行任务之前预测操作员的动作。这种技术结合了机器学习和控制系统的知识,以便机器人可以在执行任务时更快地响应操作员的指令。

尽管 QIOT 是目前世界上最快的遥控机器人,但团队表示他们将继续研究和改进技术,以使其更加智能化和自主化。遥控机器人的主要技术挑战并不是机器人本身的速度,而是它相对于操作者动作的响应延迟,此前的遥控机器人响应延迟都大于100毫秒,那QIBBOT是如何将延迟减少到12毫秒的呢?经开发团队介绍,QIBBOT大部分的延迟来自机械与控制系统。机器人的主要创新也在这两方面:

首先,机械的延迟是物理定律造成的,无法消除,但是可以通过巧妙的设计尽可能降低它。为此,研发团队建立了准确的机器人运动学与动力学模型。利用模型,他们优化了多个设计参数,并且为QIBBOT设计了新的传动系统,从而降低了机械系统的延迟。单靠机械结构的创新还达不到要求,于是研发团队还在QIBBOT的控制算法中加入了预测控制,它能够预判系统的延迟,提前做出响应。

QIOT 的开发不仅仅是为了娱乐目的。它的创造者希望这种技术可以应用于医疗领域,例如协助医生进行精确的手术。此外,它还可以用于海底勘探和搜索与地震有关的信号等应用领域。

四年磨一剑,为了一个梦想

据了解,研发团队由技术顾问耿涛、他的儿子耿一宁和一名兼职成员组成。耿涛是团队的核心,也是负责提供技术指导的机器人专家,他有27年的机器人研发经验,曾在国内外多所高校任教。

QIBBOT的研发用了整整4年,项目经费大概花费40万元,全部是团队成员自掏腰包。机器人的一些部件,比如电机,VR设备等,还是在闲鱼上购入的。一切都是源自于团队一直以来的梦想——开发出一个技术原创,功能很酷,而且有应用前景的科幻般的机器人。

受电影《铁甲钢拳》的启发,他们在2019年开启了QIBBOT项目,光是第一代QIBBOT的研发就花费了3年,但当时的速度与延迟没有达到预期目标。之后,开发团队用了一年的时间研发出了第二代QIBBOT,不仅身高与体重都比第一代略小,延迟也成功降到了12毫秒!

在四年的研发过程中,团队遇到了数不清的大大小小的问题。在测试中,机器人的许多行为变得不可预料,难免会出现失败结果,但经过不断深入的分析和测试,也会产生出乎意料的新发现和新思路。

目前,QIBBOT也还存在一些不足:由于速度过快,机器人会有点不稳,在“挥拳”过程中会出现一些颤动。不过就进行拳击比赛这个目的而言,这种程度的颤动还是可以接受的。除此之外,由于机器人手臂的自由度不够,只能跟踪人手的位置,还不能跟踪到肘关节。

研发团队表示,这些问题将在新的QIBBOT第三代的产品化样机设计中得到解决,改进如下:将单臂改为双臂,每个手臂也将拥有更多关节;躯干的旋转与上下运动;运动模式更接近人类;更好的拳击策略;动作更加流畅。

小团队有着“大梦想”

当前,许多机器人的应用目标都是为了代替人类从事那些枯燥繁重或者危险的工作,例如工业机器人与消防机器人。它们在功能和设计方面,体现更多的是“机器”属性。这样的机器人公司,在国内外已经有很多。另一方面,“机器人”这个概念从它诞生的那一天起,就与科幻文化紧密相连。几乎每一部科幻影片中都会有机器人。电脑游戏中也有各种各样的机器人形象。

通常,大家习惯于认为:科幻就是科幻,怎么能当真呢。然而,在科技大爆炸的时代,昨天的科幻正在成为今天的现实。团队一直有一个梦想,希望能够实现:技术原创,功能很酷,而且有应用前景的科幻般机器人。

目前,团队已经有了一个思路,正在准备一个新的机器人项目。要指出的是,与《铁甲钢拳》中能奔跑、跳跃着挥拳的人形双足机器人相比 ,第三代QIBBOT的运动能力仍然有巨大的差距,它只是部分的实现了科幻片中的机器人拳击赛场景。“拳击游戏机器人” 只是快速遥操作技术的一个相对简单的应用场景,因为它只需要速度。在研发以下功能之后,团队的大型快速遥操作机器人会有更广泛而且高端的应用前景:具备力反馈与力控制的遥操作装置;机器人手臂上安装灵敏的机械手;机器人系统集成高速视觉。

当然,除了“拳击比赛”这个场景外,遥控机器人还有更广泛而且高端的应用前景,比如搬运和处理危险品、消防救灾,打击犯罪等等。研发团队还透漏:他们正在准备一个新的机器人项目,虽然没有剧透具体细节,有一点是确定的:它的技术指标将会是世界领先的,比QIBBOT更酷,更聪明,更令人惊艳,而且拥有更广阔的应用前景,敬请期待。

文章来源: 机器人大讲堂,小菜鸟来看世界,一笑云墨,QIBBOT

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