家務(wù)機(jī)器人ALOHA的雙臂協(xié)同技術(shù)挑戰(zhàn)與潛在機(jī)遇

　　近期，斯坦福研究的全能家務(wù)機(jī)器人 Mobile ALOHA ［1，2］的相關(guān)視頻在網(wǎng)絡(luò)上引發(fā)了熱議，視頻中 ALOHA 擁有兩只可以協(xié)同操作的機(jī)械臂，能夠完成許多需要雙手協(xié)作的復(fù)雜任務(wù)，比如烹飪滑蛋蝦仁、倒水并取出藥片、將衣服掛在衣架上等。這些視頻似乎預(yù)示著機(jī)器人已經(jīng)能夠代替人類執(zhí)行絕大多數(shù)任務(wù)并走入家庭生活中。

　　然而，如果認(rèn)真閱讀原論文，我們可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)視頻都并非由機(jī)器人在自主模式（autonomous mode）下完成，而是由人類通過遙控操作（teleoperation mode）完成的。在純自主模式下，機(jī)器人仍然會出現(xiàn)各種失誤，無法完成一些復(fù)雜任務(wù)。這些失誤也說明了機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)，尤其是需要雙臂協(xié)同完成的任務(wù)時，仍然需要進(jìn)一步深入研究和探索。

　　與被廣泛研究的單臂操作任務(wù)相比，雙臂操作任務(wù)需要機(jī)器人協(xié)調(diào)和控制兩只機(jī)械臂的運(yùn)動，以完成特定的操作，比如裝配、拆卸、搬運(yùn)和操作工具等。雙臂協(xié)同操作能使機(jī)器人更加接近人類的操作方式，達(dá)到更高效精準(zhǔn)的執(zhí)行效果，也適用于更廣泛的應(yīng)用場景，比如食品烹飪、精密裝配、清潔打掃等各類任務(wù)。

　　那么相比單臂操作任務(wù)，雙臂任務(wù)的研究難度主要體現(xiàn)在哪些方面呢？其中，最主要的難點在于兩個機(jī)械臂處理目標(biāo)對象時的協(xié)同工作能力。為了完成指定任務(wù)，機(jī)器人通常需要同時控制兩只機(jī)械臂去操作不同的目標(biāo)，并保證兩個機(jī)械臂的目標(biāo)操作之間存在高度的配合與協(xié)作關(guān)系。例如，在裝配任務(wù)中，當(dāng)一只手抓住并固定一個零件作為底座時，另一只手需要抓住另一個零件，將零件轉(zhuǎn)動至合適的待裝配角度，并最終將零件安裝至底座零件。

　　在這個裝配任務(wù)中，我們不僅要求機(jī)器人能學(xué)會兩個零件之間的對應(yīng)關(guān)系與合適的組裝角度，還要求機(jī)器人能準(zhǔn)確地將兩個零件對齊并最終合二為一，這就需要機(jī)器人的兩個機(jī)械臂之間具備高度的協(xié)調(diào)性。只有雙臂之間能相互配合、協(xié)同工作，才能最終使兩個零件在合適的位置以正確的角度被組裝并契合在一起。

　　在保證雙臂處理目標(biāo)對象時的協(xié)同工作能力的基礎(chǔ)上，另一個難點在于雙臂執(zhí)行任務(wù)過程中的路徑規(guī)劃和運(yùn)動控制。每個機(jī)械臂的工作空間都是有限的，而且為了能使兩個機(jī)械臂可以協(xié)作完成任務(wù)，兩個機(jī)械臂中的工作空間必然存在重疊，因此兩個機(jī)械臂在有限工作的空間內(nèi)存在發(fā)生碰撞或者互相干擾的可能性。

　　路徑規(guī)劃是指在給定機(jī)械臂的起始姿態(tài)與操作物體的目標(biāo)姿態(tài)后，確定機(jī)械臂從起始到目標(biāo)狀態(tài)的運(yùn)動軌跡的過程。而運(yùn)動控制則是指控制機(jī)械臂按照規(guī)劃的路徑進(jìn)行運(yùn)動的過程中，確保機(jī)械臂的運(yùn)動平滑且符合預(yù)期。結(jié)合更好的路徑規(guī)劃和運(yùn)動控制算法，我們才可以更好地確保兩只機(jī)械臂在執(zhí)行任務(wù)與軌跡移動的過程中不會交叉干擾或者碰撞。

　　此外，雙臂任務(wù)還存在許多其他挑戰(zhàn)。比如更高的精度要求，因為機(jī)械臂本身的操作誤差在雙臂協(xié)同操作中會被加倍放大，而雙臂任務(wù)通常需要更嚴(yán)密的配合，因此需要機(jī)械臂能達(dá)到更高的準(zhǔn)確性。

　　此外，雙臂任務(wù)還需要更高效的任務(wù)分配算法，因為對于一些復(fù)雜任務(wù)，需要將其拆分并分配給兩只機(jī)械臂，確保它們能夠有效地協(xié)同工作，合理的任務(wù)分配和協(xié)調(diào)對于提高效率至關(guān)重要。因此，距離雙臂機(jī)器人真正應(yīng)用于日常家庭中，還需要研究人員做出更多努力。

　　審核編輯：黃飛