Но для роботов с многосочлененными руками планирование движения — сложная задача, требующая трудоемких вычислений. Простое поднятие объекта в среде, которая не была предварительно спроектирована для робота, может потребовать нескольких секунд вычислений.
Исследователи из Университета Дьюка представили специально разработанный компьютерный процессор для планирования движения, который может планировать до 10 000 раз быстрее, чем существующие подходы, при этом потребляя небольшую часть энергии. Новый процессор достаточно быстр, чтобы планировать и работать в реальном времени, и достаточно энергоэффективен, чтобы его можно было использовать в крупномасштабных производственных средах с тысячами роботов.«Когда вы думаете о сборочной линии автомобилей, вся окружающая среда тщательно контролируется, чтобы роботы могли слепо повторять одни и те же движения снова и снова», — сказал Джордж Конидарис, доцент кафедры информатики, электротехники и компьютерной инженерии в Duke. «Детали автомобиля каждый раз находятся в одном и том же месте, а роботы содержатся в клетках, чтобы люди не блуждали мимо.
Но если ваш робот использует планирование движения в реальном времени, а часть находится в другом месте, или там неожиданный беспорядок или мимо проходит человек, он поступит правильно ".«Быстрое планирование движения экономит время и деньги на проектирование среды вокруг робота», — сказал Конидарис, который представит новую работу 20 июня на конференции под названием «Робототехника: наука и системы» в Анн-Арборе, штат Мичиган.Планирование движения изучается в течение 30 лет, и благодаря недавним достижениям время, необходимое для разработки плана сложного робота, сократилось до нескольких секунд. За некоторыми исключениями, эти существующие подходы полагаются на универсальные ЦП или вычислительно более быстрые, но более энергоемкие графические процессоры (ГП).
Команда Duke разработала новый процессор специально для планирования движения.«Хотя универсальный процессор хорош для многих задач, он не может конкурировать с процессором, специально разработанным только для одной задачи», — сказал Дэниел Сорин, профессор электротехники, компьютерной инженерии и информатики в Duke.Команда Конидариса и Сорина разработала свой новый процессор для обнаружения столкновений — наиболее трудоемкого аспекта планирования движения — так, чтобы процессор параллельно выполнял тысячи проверок столкновений.
«Мы оптимизировали наш дизайн и сосредоточили наши бюджеты на оборудование и электроэнергию только на конкретных задачах, которые имеют значение для планирования движения», — сказал Сорин.Технология работает, разбивая рабочее пространство руки на тысячи трехмерных объемов, называемых вокселями.
Затем алгоритм определяет, присутствует ли объект в одном из вокселей, содержащихся в заранее запрограммированных траекториях движения. Благодаря специально разработанному оборудованию, технология может одновременно проверять тысячи траекторий движения, а затем сшивать кратчайшие возможные траектории движения, используя оставшиеся «безопасные» параметры.«На уровне техники до нашей работы использовались высокопроизводительные графические процессоры, потребляющие от 200 до 300 Вт», — сказал Конидарис. «И даже тогда на поиск плана уходили сотни миллисекунд или даже секунда. У нас меньше миллисекунды и меньше 10 ватт.
Даже если бы мы не были быстрее, мощность одна только экономия может принести пользу фабрикам с тысячами или даже миллионами роботов ».Конидарис также отмечает, что технология открывает новые способы использования планирования движения.«Раньше планирование выполнялось один раз за движение, потому что оно было очень медленным, — сказал Конидарис, — но теперь оно достаточно быстрое, чтобы его можно было использовать в качестве компонента более сложного алгоритма планирования, возможно, такого, который выполняет несколько более простых движений или планирует заранее рассуждать о перемещении нескольких объектов ".
Скорость и энергоэффективность нового процессора могут создать множество возможностей для автоматизации. Конидарис, Сорин и их ученики рассчитывают на это и учредили дочернюю компанию Realtime Robotics для коммерциализации технологии.«Планирование движения в реальном времени действительно может изменить правила игры в робототехнике», — сказал Конидарис.
Это исследование было поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны и Национальными институтами здравоохранения.