開源全動態移動操控器可推進家庭機器人技術

新型機器人 TidyBot++ 助你做家務

史丹佛大學 (Stanford University)、普林斯頓大學 (Princeton University) 和 Dexterity 的研究人員最近開發了一款名為 TidyBot++ 的全向移動機器人，這個機器人可以幫助完成各種家務，並且可以用來訓練或測試新的機器人算法。

這個有前景的機器人平台在機器人學習會議上展示，並在 arXiv 預印本伺服器上發表了一篇論文。

論文的負責作者珍妮特·博赫 (Jeannette Bohg) 告訴 Tech Xplore：「我們的研究靈感來自於機器人學中對可擴展數據收集的需求，特別是在移動操作方面。」

她補充道：「雖然模仿學習顯示出良好的結果，但它的成功很大程度上依賴於現實世界的示範，而這些示範因缺乏合適的研究平台而難以獲得。我們注意到在家庭環境中，開源、靈活且具成本效益的移動操作硬體的可用性存在缺口，而這正是許多機器人應用的主要焦點。」

博赫和她的同事們最近的研究主要目的是推進機器人研究，開發一個適合處理家務的機器人平台，並且可以用來收集模仿學習算法的訓練數據。為了促進其在機器人社群中的廣泛採用，這個平台被設計得易於接觸、堅固且多功能。

論文的第一作者吉米·吳 (Jimmy Wu) 解釋道：「TidyBot++ 是一款設計用來精確且輕鬆地執行家務的移動機器人。」

他說：「它的核心是一個全向底盤，配備了電動滑輪，讓它可以自由地向任何方向移動——前進、後退、側移或旋轉——而不受傳統機器人底盤（如差動驅動系統）的限制。這種增強的靈活性簡化了機器人的移動，使得在狹小空間中重新定位等任務變得更加高效。」

TidyBot++ 機器人有三個主要組件。第一個是由鋁製 T 型槽擠出物製成的模組化框架，這個框架易於組裝，並且可以通過添加各種機器手臂或感測器來自定義。

鋁框架內建的電動滑輪具有小的「滑輪偏移」，這些滑輪使得所有平面自由度的同時控制成為可能，基本上讓機器人像電動辦公椅一樣自由移動。

機器人的第三個組件是一個手機遠程操作介面，利用 WebXR API 進行實時姿勢追蹤。使用這個介面，使用者可以通過移動手機直觀地控制機器人的動作。

博赫表示：「與其他平台相比，TidyBot++ 的靈活性高、易於接觸，並且優化了家務任務的學習。它的全向底盤確保了在雜亂環境中的效率和平穩運作。」

與其他先進的機器人平台相比，TidyBot++ 的成本相對較低，製作成本在 5,000 到 6,000 美元之間。它的主要結構可以通過添加特定的機器手臂和感測器輕鬆自定義，這使得它在研究中更具實用性。

為了測試他們機器人的潛力，博赫和她的同事們已經進行了各種現實世界的實驗。他們的研究結果非常有希望，顯示 TidyBot++ 能夠在高成功率下完成各種家務任務，包括打開冰箱、擦拭檯面和裝載洗碗機。

吳表示：「我們展示了全向底盤在效率、任務成功率和遠程操作的便利性上明顯優於非全向設計。通過將設計和軟體完全開源，我們希望讓全球的研究人員都能接觸到這個強大的移動操作機器人，推進移動操作的研究。」

未來，這個研究團隊開發的機器人可以幫助收集高品質數據，以訓練機器人算法的模仿學習。TidyBot++ 也可以在教育環境中作為測試這些算法的平台，最終可以在家庭環境中部署，幫助用戶完成家務。

博赫說：「在我們的下一步研究中，我們計劃擴展 TidyBot++ 的功能，例如通過整合先進的感測器和多個手臂來擴大它能執行的家務範圍。我們還計劃開發更直觀的介面和自動化功能，以收集大規模數據集，學習複雜的操作策略。」

為了促進他們機器人的廣泛使用，研究人員現在正在改進其設計，解決一些限制，例如其後驅動性（即目前使用外部力量移動機器人比較困難）。此外，他們希望進行測試，調查機器人是否能輕鬆與其他機器人協調，以完成由機器人團隊更高效完成的任務。

吳補充道：「未來，我們還將研究如何訓練能在各種環境和任務中最小化額外訓練的策略。」

他說：「通過不斷改進 TidyBot++，我們希望推進移動操作機器人的能力邊界，並為日常生活中的機器人輔助提供更可及和有影響力的貢獻。」

更多資訊：

吉米·吳 (Jimmy Wu) 等人，TidyBot++：一個開源全向移動操作機器人，用於機器人學習，arXiv (2024)。DOI: 10.48550/arxiv.2412.10447