美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機器人研究所的一個研究小組正在創(chuàng)造下一代探險家--機器人。

自主探索研究小組開發(fā)了一套機器人系統(tǒng)和規(guī)劃器，使機器人能夠更快地進行探索，探測未知環(huán)境中最黑暗的角落，并繪制更精確、更詳細(xì)的地圖。這些系統(tǒng)使機器人能夠自主完成所有這些工作，在沒有人類干預(yù)的情況下找到方向并繪制地圖。

機器人研究所的系統(tǒng)科學(xué)家張驥說："你可以把它設(shè)置在任何環(huán)境中，比如百貨商店或災(zāi)難后的居民樓，然后它就可以出發(fā)了。它可以實時繪制地圖，并在探索的過程中找出下一步要去的地方。你可以看到地圖上的一切。你甚至不需要走進這個空間。只需讓機器人探索并繪制環(huán)境地圖即可。”

該團隊研究探索系統(tǒng)已有三年多時間。他們已經(jīng)探索并繪制了幾個地下礦井、一個停車場、科亨大學(xué)中心以及 CMU 校園內(nèi)的其他幾個室內(nèi)和室外地點。該系統(tǒng)的計算機和傳感器幾乎可以連接到任何機器人平臺上，使其成為現(xiàn)代探險家。該小組使用改裝的電動輪椅和無人機進行了大量測試。

利用該小組的系統(tǒng)，機器人可以在三種模式下進行探索。在一種模式下，人可以控制機器人的運動和方向，同時自主系統(tǒng)可以防止機器人撞到墻壁、天花板或其他物體。在另一種模式下，人可以在地圖上選擇一個點，機器人就會導(dǎo)航到那個點。第三種模式是純粹的探索。機器人自行出發(fā)，探索整個空間并繪制地圖。

機器人研究所教授豪伊-喬塞特（Howie Choset）說："這是一個非常靈活的系統(tǒng)，可用于從送貨到搜救等多種應(yīng)用?！?/p>

研究小組將三維掃描激光雷達傳感器、前視攝像頭和慣性測量單元傳感器與探索算法相結(jié)合，使機器人能夠知道自己在哪里、去過哪里以及下一步應(yīng)該去哪里。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)比以前的方法更高效，能繪制更完整的地圖，同時將算法運行時間縮短一半。

新系統(tǒng)可在光線不足、通訊不暢的險惡條件下工作，如洞穴、隧道和廢棄建筑。在 DARPA 的 "地下挑戰(zhàn)賽"（Subterranean Challenge）中，CMU 和俄勒岡州立大學(xué)的參賽項目 "探索者團隊"（Team Explorer）使用了該小組的一個版本的探索系統(tǒng)。探索者隊在最后的比賽中名列第四，但由于比其他隊伍繪制了更多的線路圖而獲得了 "勘探最多區(qū)段獎"（Most Sectors Explored Award）。

"我們所有的工作都是開源的。我們沒有保留任何東西。我們希望通過制造自主探索機器人的能力來加強社會。"機器人學(xué)博士生、探索者團隊首席操作員曹超說："這是一項基本能力。一旦你擁有了它，你就能做更多的事情。”

該小組的最新研究成果發(fā)表在本周的《科學(xué)機器人學(xué)》（Science Robotics）雜志上。