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據(jù)外媒報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月30日，蘋果公司宣布發(fā)布新款機(jī)器人ARMOR。該款新型機(jī)器人避障系統(tǒng)由蘋果公司與美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）合作研發(fā)。

ARMOR系統(tǒng)外觀如何

目前，傳統(tǒng)的人形機(jī)器人通常依賴于安裝于頭部或軀干的集中式攝像頭與激光雷達(dá)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知。盡管該方法易于集成，且能夠提供良好的視野，但是其在手臂和手部區(qū)域會(huì)受到嚴(yán)重的遮擋。

雖然有些研究已嘗試在機(jī)器人末端執(zhí)行器中集成觸覺傳感技術(shù)，但此種解決方案成本高昂，且難以大規(guī)模應(yīng)用于機(jī)器人手臂。同時(shí)，在策略學(xué)習(xí)的框架下，如何有效使用觸覺輸入仍是一個(gè)亟待解決的問題。

不過，蘋果公司的ARMOR系統(tǒng)則采用了集成了硬軟件的設(shè)計(jì)。在硬件方面，該系統(tǒng)采用了集中式RGBD攝像頭，能一次性捕捉密集幀中的所有細(xì)節(jié)。該研究團(tuán)隊(duì)還選用了SparkFun VL53L5CX飛行時(shí)間（ToF）激光雷達(dá)作為基礎(chǔ)傳感單元。通過多個(gè)傳感器進(jìn)行稀疏傳感，形成“以自我為中心”的感知模式。

該傳感器的尺寸為6.4×3.0×1.5毫米，能夠提供分辨率為8x8，頻率為15Hz的深度圖像，對(duì)角線視場(chǎng)角為63°，測(cè)距范圍達(dá)4000毫米。研究團(tuán)隊(duì)在該機(jī)器人的每只手臂上都配置了20個(gè)此類傳感器，共計(jì)40個(gè)傳感器，構(gòu)建了一個(gè)分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)。

每四個(gè)傳感器連接至一個(gè)XIAO ESP微控制器中，其中的數(shù)據(jù)經(jīng)由I2C總線讀取后，通過USB傳輸至機(jī)器人的機(jī)載計(jì)算機(jī)（Jetson Xavier NX）。最后，數(shù)據(jù)再以無線方式傳送至配備NVIDIA GeForce RTX 4090 GPU的Linux主機(jī)中，進(jìn)行處理，以確保整個(gè)系統(tǒng)能夠維持15Hz的刷新率。

在軟件方面，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款基于ARMOR-Policy的Transformer編解碼架構(gòu)，該架構(gòu)與Action Chunked Transformer（ACT）類似。通過模仿學(xué)習(xí)，該策略能夠從無碰撞的人類運(yùn)動(dòng)演示中學(xué)習(xí)知識(shí)。為了訓(xùn)練該策略，研究團(tuán)隊(duì)采用了AMASS數(shù)據(jù)集中311,922個(gè)真實(shí)人類運(yùn)動(dòng)序列（總計(jì)約86.6小時(shí)）。AMASS數(shù)據(jù)集涵蓋了多種相關(guān)的人類運(yùn)動(dòng)，如操作、舞蹈和社交行為。

該團(tuán)隊(duì)將此類人類運(yùn)動(dòng)軌跡重新映射到機(jī)器人的關(guān)節(jié)配置，并在軌跡周圍生成緊湊的障礙物區(qū)域，以確保該運(yùn)動(dòng)軌跡之間不會(huì)相撞。此外，研究人員還采用了避障運(yùn)動(dòng)、緊急停止和無碰撞運(yùn)動(dòng)三種策略來生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

ARMOR-Policy的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃存在多個(gè)有效的解決方案。通過引入額外的編碼器層，推斷潛在變量z，該策略能夠通過調(diào)節(jié)變量z來生成不同的運(yùn)動(dòng)軌跡候選方案。

在推理階段，該系統(tǒng)將并行計(jì)算N條候選運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過最小化機(jī)器人與點(diǎn)云之間的距離，以選擇最佳路徑。網(wǎng)絡(luò)輸入信息包括潛在變量z，當(dāng)前及目標(biāo)關(guān)節(jié)位置（28維矢量）及來自40個(gè)ToF激光雷達(dá)傳感器的深度圖像。此外，此類深度圖像經(jīng)由改進(jìn)后的單通道ResNet18主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，以提取512維特征。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含約8400萬個(gè)參數(shù)。

相較于傳統(tǒng)策略中使用四個(gè)安裝到機(jī)器人頭部以及外部的深度攝像頭（外部傳感），ARMOR系統(tǒng)在避障性能上得到顯著提升，碰撞次數(shù)減少了63.7%，成功率提升了78.7%。與此同時(shí)，與基于采樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃專家系統(tǒng)cuRobo相比，ARMOR-Policy 表現(xiàn)出更好的性能，碰撞次數(shù)減少了31.6%，成功率提升了16.9%，計(jì)算效率提高了26倍。

此外，該研究團(tuán)隊(duì)還通過在Fourier GR-1人形機(jī)器人上部署28個(gè)ToF激光雷達(dá)，驗(yàn)證了ARMOR系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每秒 15 次的實(shí)時(shí)避障軌跡更新。