拾取機(jī)器人——即用于拾取和放置物體的電動(dòng)鉗子——可能具有對(duì)它們有益的可重復(fù)性，但復(fù)雜的姿勢(shì)和不熟悉的物體對(duì)它們中的大多數(shù)提出了挑戰(zhàn)。難怪：它們不僅需要定位物體，了解如何抓住它們，這需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，而且必須放下它們，以免損壞它們或干擾周圍的環(huán)境。

然而，請(qǐng)讓麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的人來(lái)創(chuàng)造一種克服這些障礙的方法。在一篇新發(fā)表的研究論文(“K-PAM的類級(jí)機(jī)器人操作：關(guān)鍵點(diǎn)負(fù)擔(dān)操作”)中，他們描述了一個(gè)系統(tǒng)——關(guān)鍵點(diǎn)負(fù)擔(dān)操縱，簡(jiǎn)稱“kpam”——它檢測(cè)一組稱為關(guān)鍵點(diǎn)的目標(biāo)坐標(biāo)，啟用機(jī)器人硬件，并在其上部署和處理一系列精致的對(duì)象。

麻省理工學(xué)院教授、資深作家Lars Tedrak在一份聲明中說(shuō)：“每當(dāng)你在YouTube上看到機(jī)器人的視頻時(shí)，你都應(yīng)該仔細(xì)觀察機(jī)器人沒(méi)有做什么?！薄皺C(jī)器人幾乎可以選擇任何東西，但如果是他們從未見(jiàn)過(guò)的物體，他們實(shí)際上無(wú)法以任何有意義的方式放下它?！?

大多數(shù)取放感知和抓取算法是估計(jì)位置、方向和幾何形狀，而不是點(diǎn)，這很難轉(zhuǎn)化為涉及形狀奇怪的物體的任務(wù)。相比之下，kPAM的3D關(guān)鍵管線可以“自然”地適應(yīng)對(duì)象類型之間的變化。tedrake——以及博士生Lucas Manuelli、Pete Florence和Wei Gao——表示，一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的目標(biāo)只需要三個(gè)坐標(biāo)，比如咖啡杯(重要的是，一個(gè)在底部的中心，一個(gè)在頂部的中心)，還有足夠的拖鞋、靴子、高跟鞋等六個(gè)物品。

“僅僅知道這個(gè)對(duì)象——一些關(guān)鍵點(diǎn)的位置——就足以完成各種有用的操作任務(wù)，”Tedrake說(shuō)。

研究人員使用“最先進(jìn)”的集成AI模型檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)，該模型以單個(gè)RGB和深度圖像為輸入，輸出每個(gè)坐標(biāo)的概率熱圖和深度預(yù)測(cè)圖。(2D圖像坐標(biāo)、深度值和最終3D關(guān)鍵點(diǎn)將在后續(xù)步驟中恢復(fù)。他們從包含感興趣對(duì)象的場(chǎng)景中收集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，方法是將關(guān)鍵點(diǎn)網(wǎng)格投影到圖像空間中，給定三維重建算法中估計(jì)的相機(jī)姿態(tài)。

在涉及Kuka IIWA LBR機(jī)器人與Schunk WSG 50夾緊系統(tǒng)(和深度傳感Primesense傳感器)的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)全面訓(xùn)練的系統(tǒng)成功引導(dǎo)機(jī)器人手臂將鞋子放在鞋架上，將馬克杯直立放在鞋架上，并用手柄將杯子掛在鞋架上。

機(jī)器人測(cè)試20雙鞋沒(méi)有問(wèn)題。在100次測(cè)試中，只有兩次沒(méi)有把鞋子放在架子上。當(dāng)抓手抓住腳后跟時(shí)，會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致腳后跟離開(kāi)原來(lái)的位置。

在杯架任務(wù)中，包括40個(gè)不同形狀、大小和視覺(jué)外觀的杯子，機(jī)器人在垂直放置時(shí)設(shè)法抓住了所有的杯子，但由于夾子的行程有限，只能水平放置。令人印象深刻的是，除了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)(當(dāng)杯子倒置時(shí))，它把杯子放在離目標(biāo)位置5厘米的架子上。

杯柄測(cè)試有一個(gè)小的設(shè)置-30個(gè)杯子-和五個(gè)非常小的杯子。手柄的高度和寬度不到兩厘米。夾具100%的時(shí)間把大杯掛在架子上，但對(duì)于小杯，只能達(dá)到50%的成功率。研究人員將失敗案例歸因于不準(zhǔn)確的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)。

其他方面也有改進(jìn)的空間。Tedrake和合著者指出，人類必須注釋他們的系統(tǒng)所需的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，他們打算通過(guò)用合成數(shù)據(jù)補(bǔ)充真實(shí)樣本來(lái)逐步淘汰未來(lái)的工作。此外，他們承認(rèn)，即使對(duì)象類別不變，也必須重新標(biāo)記關(guān)鍵點(diǎn)，并重新訓(xùn)練模型。

盡管如此，他們認(rèn)為它提供了比大多數(shù)現(xiàn)有方法更大的靈活性，他們相信有一天，它可能會(huì)幫助機(jī)器人承擔(dān)諸如卸載洗碗機(jī)、擦拭廚房柜臺(tái)以及在工廠和其他工業(yè)環(huán)境中執(zhí)行拾取和放置工作等任務(wù)。

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