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探秘清华机器人实验室:酷炫有用还出人

发布时间:2022-06-08 18:49:12 阅读: 来源:平移门厂家
探秘清华机器人实验室:酷炫有用还出人

Robocup冠军10年前就拿了年轻的赵明国发动自动化系的同学组建了机器人足球队,即清华大学火神队。2004年,火神队带着实验室买的Sony公司的机器狗参加了国内的Robocup(机器人大赛)。当时许多队伍都用的是德国队的代码,而火神队由于设计体系和思路与澳大利亚队相似,采用了澳大利亚队的代码。(比赛编程软件是开放的,所有参赛队伍用到的程序都是根据种种国外赛事的资料,通过学习优秀队伍的代码,在其原有基础上再进行改编和创造)那个代码很繁琐,并不是很好算。我们现场将代码拍了图片,就由同学们拿到宿舍去计算。赵明国回忆起来还带着笑意,别的学校在现场热火朝天地进行计算,我们在现场拍几张照片就走了,其他队都惊呼清华好厉害,其实我们是不好意思当着别人的面处理这么多代码,因为跑程序要跑接近两个小时。而比赛结果却让赵明国大吃一惊,他们得了冠军。如今,这批机器狗珍藏在清华机器人实验室里,虽然在市场上已经寻觅不到它们的身影,但赵明国觉得它们永远都不会过时。它们是非常好、非常可爱的产品,现在都很少有机器人能比得了。这种编程后即可快速投入比赛的优质产品,是他一开始带领团队比赛时最好的伙伴。跑得更快2007年,火神队参加了国际Robocup比赛,第一次国际比赛,他们的双足机器人就在12米竞速走挑战赛中得了第一名,成为当时跑得最快的机器人。回来后许多人来参观,把我们的机器都跑坏了。赵明国笑着说。在双足机器人直走速度上做出突出贡献的小伙子张楫,令赵明国印象深刻,他是全系公认做步态研究做得最好的学生,一米九十多的大高个,所有人都以为他是体育特招生,其实他是物理、数学竞赛保送生,科研能力很强。当时他的辅导员是自动化系的研究生,也是机器人实验室队长,引荐他加入。大二时张楫就开始跟自己的辅导员一起准备Robocup,他动手很快,又很有想法,短短一个多月就在机器人步态研究方面有进展,并在国内期刊上发表了文章论文审查往往需要几周到几月的时间,他却三四天就被通知录用了。而此时,引荐他来实验室已经读研二的队长虽然做了很多重要的代码工作,但还未发表一篇文章,得知张楫发表论文的消息,队长高兴之余也暗自更加努力做出自己的科研成果。2007年后,实验室进行了战略调整,成立人形组,开始关注机器人硬件,做了大大小小几个优秀的人型机器人。在不断地演练与测算中,同学们将机器人观察、捕捉、运动的精准度不断提高。每个同学也都在不停地完成新的任务,丰富了自己多方面的技能。2012年,实验室的何建军同学实现了一种机器人快速踢球动作的编辑算法,即通过几个参数的修改,机器人就能够自动生成新的踢球动作。这种方法解决了踢球动作规划的快速性,但效果的好坏还需要人的监督。目前,侯一凡同学受这一方法的启发,正在开发一种可以直接模仿人动作的方法,已经取得了初步的成果,并发表了一篇国际会议论文。看得更准踢球最基本的是知道球在什么位置,关于球的识别,实验室一度找不到特别好的算法,往往当球被遮挡的时候就识别不出来。2013届徐持衡的算法解决了这个问题,是当时我见过最好的方法。赵明国到现在仍忍不住赞叹。徐持衡是计算机系的,参加过奥林匹克信息竞赛,他在原有的体系下做出了最有效的识别算法,即使球被隐藏在其他机器人身后、仅仅露出一个月牙儿,也能准确地识别出来。这个方法一直运用到2014年。现在他放弃了香港大学博士、MIT读博士offer,发挥其科研能力,跟当时在机器人实验室的几个小伙伴,到清华科技园创业做计算机视觉,计算机视觉应用很广,比如工业监控,最近很火的颜龄测试网站Howold.net也是利用计算机视觉。公司现在有四五十人,做得非常好。赵老师说,大概有十几个人的时候,我去了一次,发现好多人是我们实验室走出来的,都被他们招去了。赵老师说,机器人实验室给大家绝对的空间,有些人做不下去离开,也有些人做得好,在组建自己的小团队,研究过程中也会遇到很多头疼的、做得不太顺利的、甚至失败的,实验室也给他们时间成长。攻坚联盟机器人研究,不仅仅是比赛,最终还是要和教育结合起来。2009年开始,参与国际赛事、研发相关机器人的研究模式正式改成自动化系一门正式课程。2007年以后的机器人大赛中,我们至少拿到前三名,后来我们开始不强调成绩,不要求研究生参与,而是在三年级本科生里选优秀的学生来培养,通过比赛的过程去检验学习成果和测试综合能力。机器人实验室一般每年十几个人,第一年参加比赛后,下一年又有七八个新队员进来,愿意留下来的老队员再作为助教带新队员,或者带着自己的小团队继续攻关。这样滚动循环,总有新鲜血液也总有老队员传承。机器人是特别庞大的一个体系。队员进来对整体初步了解之后,会选择某一感兴趣的部分。小组内部的题目不停变换,学生根据自己专长,不停接受挑战。国际比赛每年的规则也都会变,队员必须根据新的规则作出调整。比如,原来是橙色的球,我们识别得非常好,但今年换成白色球,就更容易跟一些logo或者坐席中的白衬衫等各种东西混淆,怎么样把它识别出来是我们的新课题。赵老师说,老队员根据经验拍几百张照片,编了一个类似英语考级的历史情况测试题库,来评测完成质量。队员们还会因任务不同进行配合。开始的时候可能是搞步态的一组、搞视觉的一组、搞决策的一组……根据比赛需要依具体的任务再进行组合协同,比如任务是把球抓起来抛出去或者是把球踢得很高,就要考虑这个由谁来做该怎么做,如果是视觉和运动的配合,就要找懂视觉和懂运动的队员来协同。赵老师说:很有意思的是,队员之间还有各种奇怪的内部昵称,我不太懂,但他们觉得昵称能把任务与人迅速匹配。这个过程不断地锻炼大家协调协作的能力。每周四上课时,老师讲解与辅导;而周六是实验室开放日,队员们自己拿着钥匙、协调时间,在实验室进行自主研发。2014年在巴西比赛期间赵老师在美国,包括组织比赛、参加比赛几乎所有事情全部他们自己搞定。走向实用赵老师说,也许明年就不会参加Robocup比赛了。因为实验室正在从比赛型向国际竞赛驱动的研究型转变。实验室正在研究足式机器人的运动控制方法、基于被动行走的动力行走方法和机器人定位技术。开始是为了比赛而学习这些技术,现在是研究这些技术并在比赛中进行测试。赵明国阐释道。国际上已经出现一些更新更专业的应用型比赛,今年一个国际会议上出现亚马逊赞助的叫pickup的比赛,亚马逊有自动的仓储物流,自动化基本都解决了,就是B2C的过程要把商品从架子上拿出来还需要人来做。Pickup就把这个变成一个题目,在机器人的一个学术会议上搞一个比赛,他们很感兴趣,希望做一些应用型的机器人。

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