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類人靈巧操作能力是目前機(jī)器人亟待突破的瓶頸之一，許多對(duì)人類而言異常簡(jiǎn)單的靈巧操作任務(wù)，對(duì)機(jī)器人來(lái)講是極其困難的。類人物體交接（Object Handover）是人類期望機(jī)器人能具有的關(guān)鍵類人靈巧操作能力之一，對(duì)于人和機(jī)器人的交互、協(xié)同與合作，以及機(jī)器人在服務(wù)、工業(yè)、航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要的意義。

自動(dòng)化所王鵬研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)借鑒人與人之間的物體交接方式，提出了一種人與仿人五指靈巧手機(jī)器人之間的類人物體交接靈巧操作方法，并應(yīng)用到實(shí)際機(jī)器人平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了人和仿人五指靈巧手機(jī)器人之間的多樣性物體類人交接自主靈巧操作（Learning Human-to-Robot Dexterous Handovers for Anthropomorphic Hand)。

目前，人與機(jī)器人間的物體交接主要以二指平行爪等簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人的末端執(zhí)行器，由于結(jié)構(gòu)的差異性，難以實(shí)現(xiàn)物體在人和機(jī)器人之間的自然和靈巧傳遞。該研究以具有仿人結(jié)構(gòu)和自由度的五指靈巧手作為機(jī)器人末端執(zhí)行器，借鑒人手的抓握習(xí)慣建立學(xué)習(xí)模型，自動(dòng)生成物體交接抓取配置策略，從而使機(jī)器人能夠使用類人的抓握方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)人傳遞物體的靈巧交接。

研究提出了基于仿人五指靈巧手的“人-機(jī)器人”類人物體交接框架。框架包括三個(gè)模塊：（1）基于多模態(tài)感知的場(chǎng)景理解；（2）抓取配置學(xué)習(xí)與生成；（3）交接路徑規(guī)劃與機(jī)器人動(dòng)作實(shí)施。 為使機(jī)器人能適應(yīng)不同的交接物體，團(tuán)隊(duì)提出了一種仿人五指手高效抓取學(xué)習(xí)模型AHG-Net，模型以物體單視角點(diǎn)云作為輸入并對(duì)抓取配置進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)，構(gòu)建了超過(guò)5000個(gè)物體和百萬(wàn)級(jí)抓取標(biāo)簽的數(shù)據(jù)集。

研究應(yīng)用于團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的類人靈巧操作機(jī)器人平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人以類人的抓取模式對(duì)人所傳遞物體進(jìn)行自主交接操作。面對(duì)多樣性的物體、隨意的傳遞姿態(tài)，該方法都展現(xiàn)了較好的適應(yīng)能力。 

成果可推廣應(yīng)用于人形機(jī)器人等靈巧操作機(jī)器人中，為家庭服務(wù)、空間在軌操作、工業(yè)人機(jī)協(xié)作、危險(xiǎn)物處置等應(yīng)用場(chǎng)景的“人-機(jī)器人”交互和協(xié)同操作提供支撐。

成果發(fā)表在《IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems》上。 

Haonan Duan, Peng Wang*, Yiming Li, Daheng Li, Wei Wei，Learning Human-to-Robot Dexterous Handovers for Anthropomorphic Hand, IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems, 2022. DOI: 10.1109/TCDS.2022.3203025

來(lái)源：中科院自動(dòng)化所