ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina...

16
ASIMO Hondas humanoida robot Figur 1. ASIMO. (ASIMO Photo Gallery) Linköpings universitet Josefin Olsson, josol745 2017-01-12

Transcript of ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina...

Page 1: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

ASIMO

Hondas humanoida robot

Figur 1. ASIMO. (ASIMO Photo Gallery)

Linköpings universitet

Josefin Olsson, josol745

2017-01-12

Page 2: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,
Page 3: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Innehållsförteckning

Inledning ............................................................................................................................... 1

Bakgrund .............................................................................................................................. 1

ASIMOs uppbyggnad ............................................................................................................ 2

Kropp ................................................................................................................................ 2

Sensorer ............................................................................................................................ 4

Hur ASIMO rör sig ................................................................................................................. 4

Balans ............................................................................................................................... 4

Hur ASIMO går .................................................................................................................. 5

Springa och gå i trappor .................................................................................................... 7

Undvika hinder .................................................................................................................. 8

Hur ASIMO planerar sin väg ................................................................................................. 8

Fotstegsplanering .............................................................................................................. 9

Planeraren ..................................................................................................................... 9

Omgivningen ................................................................................................................ 10

Planeringsalgoritm ....................................................................................................... 10

Resultat ....................................................................................................................... 11

Diskussion .......................................................................................................................... 12

Referenser .......................................................................................................................... 13

Page 4: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

1

Inledning Honda är ett japanskt företag som är mest känt för sina bilar, motorcyklar, motorer och elverktyg, men de har också skapat en mycket avancerad humanoid robot (Honda Worldwide). En humanoid robot är en robot vars kropp liknar människans och den kan skapas för olika ändamål, till exempel för att hjälpa människor med vardagliga bestyr (ScienceDaily). Honda ville skapa något nytt inom rörlighet och bestämde sig därför för att utveckla en tvåbent robot med förmågan att gå. Då detta var något som på den tiden inte fanns skapade Honda revolutionerande teknologi som så småningom ledde till att roboten ASIMO framställdes. ASIMO är den första roboten som kan gå, springa och gå i trappor självständigt och han kan också känna igen ansikten och röster (ASIMO Technical Information, 2007). Hondas förhoppning är att roboten i framtiden ska kunna hjälpa människor som är sängliggande eller på andra sätt behöver hjälp och roboten är därför under konstant utveckling. I denna rapport presenteras därför ASIMOs historia, uppbyggnad och funktioner med inriktning på rörlighet. I sista kapitlet beskrivs också en algoritm som gör att roboten kan planera sin gångväg och undvika hinder i sin omgivning (Chestnutt, o.a., 2005).

Bakgrund Honda började skapa sin första humanoida robot som kallades E0 år 1986. Målet var att skapa en robot som med hjälp av sina två ben kunde gå rakt fram. Denna robot rörde sig dock väldigt sakta framåt då kroppens tyngdpunkt enbart låg på fotsulorna. För att roboten skulle kunna gå snabbare var därför tyngdpunkten tvungen att ändras. Under åren 1987-1991 skapade Honda därför tre nya robotar som kallades E1, E2 och E3. För att skapa dessa robotar undersökte de hur människan och vissa djur gick, samt hur deras leder användes. Detta ledde till att roboten E2 kunde nå en hastighet av 1.2 km/h. Nästa steg i utvecklingen var att skapa en robot som kunde gå och fungera i människans livsmiljö och ett krav var därför att den skulle kunna gå på ojämna ytor, sluttningar och trappor utan att ramla. Detta uppnåddes år 1991-1993 med de tre robotarna E4, E5 och E6, där E5 var den första som klarade att röra sig på annat än platta ytor. (ASIMO Technical Information, 2007)

Nästkommande fyra år (1993-1997) skapades ytterligare tre robotar vilka var de första där benen kopplades ihop med en kropp. P1, som var den första roboten under denna tid, kunde trycka av och på lampknappar, ta i dörrhandtag och ta upp och bära saker (ASIMO Technical Information, 2007). I december år 1996 presenterade Honda världens första självreglerande, tvåbenta humanoida robot som kunde gå (ASIMO Frequently Asked Questions). Roboten hette P2 och använde trådlösa tekniker vilket gjorde att den kunde gå upp och ned för trappor och dra en kundvagn utan sladdar som var i vägen. P2 var 1,8 meter lång och vägde 210 kilo (ASIMO Technical Information, 2007). Nästan ett år senare, i september år 1997, släppte Honda ännu en ny robot som hette P3. Denna robot var mindre än sin föregångare och var

Page 5: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

2

därmed 1,6 meter lång och vägde 130 kilo (ASIMO Frequently Asked Questions). P3 var också den första roboten som, utöver P2:s egenskaper, också var självständig (ASIMO Technical Information, 2007).

Nästan tre år senare, den 31:a oktober år 2000, släpptes roboten ASIMO (ASIMO Frequently Asked Questions). Namnet ASIMO står för Advanced Step in Innovative mobility vilket Honda säger betyder advanced innovability for a new era (ASIMO Technical Information, 2007). Denna robot skapades med målet att kunna hjälpa människor, vilket är anledningen till att han är betydligt mindre och lättare än sina föregångare (ASIMO Technical Information, 2007). I framtiden hoppas Honda att ASIMO ska kunna assistera och hjälpa människor i olika situationer, och redan 2005 var tanken att roboten skulle arbeta som receptionist på Hondas kontor norr om Tokyo (New Scientist, 2005).

ASIMOs uppbyggnad För att utveckla denna robot har Honda studerat hur människan ser ut, är uppbyggd och rör sig. Baserat på detta har de sedan byggt en robot som på många vis beter sig som en människa men som också kan gå som en. I detta kapitel finns därför en kortfattad beskrivning över ASIMOs utseende och uppbyggnad samt de sensorer han använder sig av.

Kropp

Roboten ASIMO är 130 cm lång och väger 50 kg. Han är tillverkad av magnesiumlegering som är täckt av plastharts vilket bidrar till att han är lätt men samtidigt tålig (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). ASIMOs höjd valdes så att han skulle kunna röra sig fritt i människornas värld. Med denna höjd kan roboten använda lampknappar, öppna dörrar och jobba vid bänkar och skrivbord (se Figur 2). Storleken på ASIMO gör även roboten lättare att kommunicera med då ASIMOs ögon sitter i samma höjd som en vuxen människas ögon då personen sitter ner. Honda själva tycker att en robot bör vara mellan 120 cm och en vuxen människas längd för att kunna interagera och fungera i människors miljö. (ASIMO Technical Information, 2007)

Page 6: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

3

Figur 2. ASIMOs storlek i den mänskliga omgivningen. (Hirose & Ogawa, 2007)

Honda byggde denna robot med 34 frihetsgrader för han ska kunna röra sig så bra som möjligt och för att i framtiden kunna hjälpa människor med olika uppgifter. En frihetsgrad är när man kan röra något upp och ner eller höger och vänster. Detta efterliknar därför hur människans leder och den mänskliga kroppen rör sig, vilket var vad Honda strävade efter vid skapandet av ASIMO. (ASIMO Specifications)

ASIMO drivs av ett laddningsbart 51,8 volts litium jon batteri som förvaras i robotens ryggsäck. Batteriet räcker i en timme åt gången och väger cirka 5,9 kg (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). På ryggsäcken finns också en antenn som trådlöst skickar information och uppgifter mellan roboten och en trådlös dator. Via denna dator kan man därmed styra ASIMO (ASIMO Technical Information, 2007).

ASIMO har armar och händer med fingrar som liknar människans, vilket gör att han kan bära olika typer av objekt. Armarna och händerna har 18 frihetsgrader, varav 14 av dessa sitter i vristerna. I dessa frihetsgrader räknas dock inte lederna för de fem fingrarna in, vilka är 13 stycken per hand (ASIMO Specifications). Varje hand kan bära 300 g var men vid användning av båda händerna kan föremål upp till 1 kg tunga lyftas. Händerna har också Kinesthetic Force Sensors som gör att han kan känna mängden kraft i handen och i vilken riktning den är riktad (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017).

Hondas robot har också två väldigt avancerade ben som gör att han kan göra saker som ingen annan robot i dagens läge kan. Varje ben har 10 frihetsgrader varav 6 av dessa sitter i robotens ankel (ASIMO Specifications). Frihetsgraderna placerades ut i benen för att efterlikna människans ben, och ASIMO fick därför “leder” i höften, knäna och fötterna. Knälederna och höftlederna används extra mycket när roboten går upp eller ned för trappor, men används självklart också vid en vanlig promenad (ASIMO Technical Information, 2007). Lederna i fötterna är väldigt viktiga för att ASIMO ska kunna gå så bra som han faktiskt kan. Mer om hur ASIMO går och rör sig finns att läsa i nästkommande kapitel.

Page 7: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

4

Sensorer

För att se använder sig ASIMO av två kameror som sitter i huvudet som ögon. Dessa kameror används bland annat för att känna igen ansikten, följa människor med blicken, skapa rumsuppfattning och kartlägga sin omgivning. Bilderna från kamerorna är stereobilder som är tagna från de olika vinklarna som kamerorna sitter i. Denna typ av bilder är platta, tvådimensionella bilder som tillsammans ger en bild med djup då de är tagna från något olika vinklar. För att omvandla dessa bilder till 3D beräknas djupet av utrymmet baserat på Sum of Absolute values of Differences (SAD). Med hjälp av dessa 3D-bilder av sin omgivning skapas en lokal karta som används när ASIMO ska navigera sig i sin omgivning. För att ASIMO ska veta vart och i vilken vinkel han befinner sig gentemot sin omgivning synkroniseras bilden med ledernas vinklar vilket ger roboten en ledtråd om hur och vart han står. (Sakagami, o.a., 2002)

ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon, avgöra vart ett ljud kom ifrån och vända sig åt det hållet, känna igen sitt namn och vända sig mot personen som sa det samt se på personens ansikte och svara (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). För att avgöra vart ett ljud kommer ifrån beräknas volymen och tidsskillnaden det tar för ljudet att nå de olika mikrofonerna (Sakagami, o.a., 2002). ASIMO kan också prata med hjälp av talsyntes (Sakagami, o.a., 2002).

Hur ASIMO rör sig Det som utmärker ASIMO från andra humanoida robotar är sättet han rör sig och hur bra han kan röra sig i mänskliga miljöer. Denna utveckling har tagit många år och idag kan ASIMO röra sig väldigt människolikt och klarar många olika sorters miljöer. I detta kapitel redogörs det för hur ASIMO håller balansen, går och rör sig på andra sätt.

Balans

För att kunna röra sig så människolikt som möjligt var ASIMO tvungen att kunna balansera sin kropp samtidigt som han går eller springer. För att behålla balansen har människan tre balanssinnen; hastighet som avgörs med hjälp av otoliter i örat, vinkelhastighet som bestäms av båggångarna i örat samt djupa sensationer från muskler och hud som känner av ledernas vinklar, muskelkraft och tryck på fotsulorna (ASIMO Technical Information, 2007).

För att ASIMO ska ha en bra balans har man tagit inspiration från människans balanssinnen och han har därför vinkelsensor för lederna, en sexaxlig kraftsensor, en hastighetssensor och ett gyroskop (ASIMO Technical Information, 2007). Hastighetssensorn och gyroskopet hjälper ASIMO att känna kroppens position och i vilken hastighet han rör sig och att

Page 8: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

5

förmedla balansjusteringar till centraldatorn. Dessa sensorer kan därmed liknas vid människans inneröra som bibehåller balans och orientation. Ledernas vinkelsensor och den sexaxliga kraftsensorn gör för ASIMO vad våra muskler och hud gör för oss; känner av muskelkraft, tryck och ledvinklar. Människans tår spelar också en stor roll för vår balans och därför fick ASIMO mjuka plattor under fötterna som både hjälper till med balansen och absorberar stötar när han går. (Obringer & Strickland, 2007)

Hur ASIMO går

När ASIMO går påverkas han av tröghetskraften från jordens gravitation och gångens acceleration eller inbromsning. Dessa två krafter tillsammans kallas den totala tröghetskraften (total inertial force). Skärningspunkten mellan golvet och den totala tröghetskraftens axel har ett tröghetsmoment med värdet 0 och kallas därför för Zero Moment Point (ZMP). Det finns även en annan kraft som påverkar robotens rörelser som kallas floor reaction force vilken uppstår när foten sätts ner och påverkas av en reaktion från marken. Den punkt där detta uppstår kallas floor reaction point. (ASIMO Technical Information, 2007)

För att gå skapar en dator ett gångmönster och robotens leder börjar röra sig efter detta. I detta gångmönster kallas den totala tröghetskraften target total inertial force och ZMP kallas target ZMP. När roboten är perfekt balanserad är axlarna för target total inertial force och floor reaction samma och möts vid robotens knäled, vilket gör att target ZMP och center of ground reaction hamnar på samma ställe (se Figur 3). När roboten till exempel går på en ojämn yta möts inte axlarna för target total inertial force och floor reaction vilket gör att en falling force skapas och roboten tappar balansen. Denna falling force uppstår därför när target ZMP och center of ground reaction inte hamnar vid samma punkt eftersom tidigare nämnda axlar inte möts (se Figur 3). För att motverka att roboten ramlar vid denna obalans har Honda tagit fram tre kontrollsystem. (ASIMO Technical Information, 2007)

Figur 3. Till vänster en balanserad ASIMO och till höger ASIMO ur balans. (ASIMO Technical Information, 2007)

Page 9: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

6

Ett av dessa kontrollsystem är floor reaction control. Detta innebär att fotsulorna absorberar ojämnheter i marken samtidigt som roboten står stadigt (Obringer & Strickland, 2007). Ett exempel är om ASIMO trampar på en sten med tån. Vad som händer då är att center of ground reaction hamnar fram i den tå som klivit på stenen och roboten hamnar i obalans. För att motverka detta vinklas tån uppåt och center of ground reaction hamnar på samma ställe som target ZMP (se Figur 4). Samma sak händer om ASIMO går i nedförsbacke men då vinklas tårna nedåt. (ASIMO Technical Information, 2007)

Figur 4. Floor reaction control när ASIMOs tå trampar på en ojämnhet. (ASIMO Technical Information, 2007)

Nästa kontrollsystem är target ZMP control. Detta system gör att ASIMO kan hitta sin balans igen när han börjar ramla framåt. För att motverka att roboten ska ramla framåt flyttas överkroppen åt motsatt håll från det kommande fallet samtidigt som gånghastigheten ökar (Obringer & Strickland, 2007). Denna ökning i hastighet gör att target ZMP flyttas bakåt vilket leder till att roboten får en falling force bakåt som gör att den kan återfå balansen (se Figur 5) (ASIMO Technical Information, 2007).

Figur 5. ZMP control som flyttar target ZMP åt motsatt håll från fallet. (ASIMO Technical Information, 2007)

Page 10: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

7

Det sista kontrollsystemet sätts igång då ZMP control har använts. När roboten har lutat sig åt motsatt håll från fallet är kropp och ben inte synkroniserade och nästkommande steg blir därför felaktigt. Foot planting location control används då för att justera stegets längd för att bibehålla balansen mellan positionen och hastigheten på kroppen och stegets längd. (Obringer & Strickland, 2007)

Figur 6. Foot planting control justerar stegets längd.

När dessa tre kontrollsystem var skapade insåg Honda att något mer saknades för att roboten skulle röra sig mer människolikt. Något av det viktigaste människan gör för att hålla balansen när vi går är att vi flyttar kroppsvikten och tyngdpunkten med hjälp av till exempel armarna. För att uppnå stabilitet hos roboten ASIMO studerade man hur människor går och kom fram till roboten måste kunna flytta sin tyngdpunkt för att kunna röra sig mer som människan. Honda skapade då Intelligent Real-Time Flexible Walking (i-WALK) där kontrollsystemet som ingår heter prediction movement control, vilket gör att ASIMO själv kan förutse sin nästa rörelse och därmed flytta sin tyngdpunkt utefter denna (ASIMO Technical Information, 2007). Detta gör också att roboten kan byta riktning samtidigt som han går utan att behöva stanna upp, och att han är stabil även vid snabba, oväntade rörelser (Obringer & Strickland, 2007). ASIMOs gångmönster skapas nu i realtid och fotplacering och svängar utförs samtidigt som han går vilket ger ett smidigt gångsätt och en snabb reaktionstid (ASIMO Frequently Asked Questions).

Springa och gå i trappor

ASIMO kan idag gå med en hastighet på 2.7 km/h och han kan även springa upp till 6 km/h (ASIMO Frequently Asked Questions). För att kunna springa måste roboten kunna upprepa rörelserna skjuta ifrån marken, svänga benet framåt och landa inom en kort tidscykel och utan några fördröjningar (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). För att detta ska vara möjligt måste roboten direkt kunna absorbera den stöt som skapas när han landar. Något som också var viktigt när förmågan att springa skapades i ASIMO var att överkroppen kunde röra sig för att ytterligare kunna flytta tyngdvikten i roboten. Därför gav Honda roboten en frihetsgrad i

Page 11: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

8

magen som gör att han kan böja och vrida den vilket gör att roboten kan justera sin hållning proaktivt i luften (Obringer & Strickland, 2007). Utan denna funktion skulle ASIMO tappa kontrollen under den tid i steget han är i luften och därmed snubbla när han landar eller snurra i luften (Obringer & Strickland, 2007).

Med hjälp av i-WALK och sina sensorer är ASIMO också den enda roboten som kan gå upp och ned för trappor utan hjälp. Roboten kan också röra sig både upp- och nedför i backar upp till 30 grader branta och kan dessutom gå baklänges. (ASIMO Frequently Asked Questions)

Undvika hinder

För att enkelt undvika hinder i sin omgivning använder sig ASIMO av sina olika sensorer för att upptäcka hindret och planerar sedan om sin väg automatiskt för att undvika en kollision (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). En av dessa sensorer är sex ultraljuds sensorer som sitter på mitten av kroppen (Obringer & Strickland, 2007). Ljudvågorna upptäcker hinder med en radie på tre meter och kan även upptäcka till exempel en glasvägg som den visuella sensorn inte kan upptäcka. ASIMO kan även läsa av marken framför sig med hjälp av två sensorer; en lasersensor och en infraröd sensor (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). Lasersensorn känner av markens yta och eventuella hinder upp till två meter framåt. Den infraröda sensorn används för att identifiera golvmarkeringar så att roboten vet att vägen han går är strategiskt rätt. Den sista sensorn som används för att ASIMO ska kunna känna av sin omgivning är de två kamerorna i huvudet som fungerar som ögon (Inside ASIMO Robotics by Honda, 2017). Dessa kameror gör att ASIMO kan se objekt och även bestämma avståndet till dem för att sedan undvika dem. Alla tre sensorer arbetar tillsammans och gör att roboten enklare kan röra sig i sin omgivning genom att jämföra deras data med kartor i robotens minne och därmed upptäcka oväntade hinder (Obringer & Strickland, 2007).

Hur ASIMO planerar sin väg Då många av ASIMOs algoritmer är hemliga presenteras i detta kapitel ett experiment som forskarna Chestnutt, Lau, Cheung, Kuffner, Hodgins och Kanade (2005) genomfört för att undersöka hur man skulle kunna implementera fotstegsplanering. Forskarna hade under experimentet en begränsad tillgång till robotens mjukvara och utgick från detta då de testade sin metod. I detta experiment tar också forskarna hänsyn till det faktum att tvåbenta robotar kan undvika hinder genom att gå över dem eller upp på dem (Chestnutt, o.a., 2005). För denna rapport har en avgränsning gjorts där endast forskningen angående statiska hinder presenteras nedan.

Page 12: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

9

Fotstegsplanering

I denna artikel används en sökning där målet hittas samtidigt som man minimerar kodade heuristiker för ansträngning, risk, antal steg eller stegens komplexitet. Eftersom fotstegsalgoritmer måste vara tillräckligt snabba för att planera om i realtid användes också en sökning som var begränsad till en viss tidsperiod. Implementationen i denna artikel gav därför en lösning snabbt och 20-30 steg kunde planeras på en sekund. (Chestnutt, o.a., 2005)

Målet med detta experiment var att roboten, givet en startplats och ett mål, skulle hitta en säker väg genom de hinder som fanns i omgivningen. Eftersom ASIMO har ett specifikt sätt att röra sig där inte fotsteg kan planeras på ett enkelt och exakt sätt fick forskarna lägga större vikt på det tillstånd roboten befann sig i. Detta beror på att ASIMOs fotsteg, till skillnad från andra robotar, beror på vilket tillstånd han befinner sig i. Om roboten får ett kommando att stanna när han går snabbt kommer han självmant att ta ett extra steg innan han stannar för att behålla balansen. Detta extra steg är därför något som inte går att planera för då det är robotens tillstånd som påverkar hur fötterna hamnar. Forskarna fick därför ta hänsyn till detta och specificerade önskad förflyttning av kroppen istället för specifika fotsteg. (Chestnutt, o.a., 2005)

Planeraren

I detta stycke förklaras de variabler och mappningar som ingår i fotstegsplaneraren: S mängden av robotens alla möjliga tillstånd där ledpositioner, hastigheter samt placering och hastighet inkluderas L mängden av alla fotplaceringar A mängden av alla möjliga kommandon till roboten E mängden av alla omgivningar s robotens tillstånd som finns i S l robotens fotplacering som finns i L a robotens kommando som finns i A e robotens omgivning som finns i E

För att fastställa resultatet av tillståndsberoende handlingar behövs s, robotens tillstånd, och e, robotens omgivning. Dessutom behöver planeraren mappningen 𝑇 ∶ 𝑆 × 𝐴 × 𝐸 → 𝑆 vilken gör att planeraren kan sätta ihop sekvenser av handlingar och att den sedan vet det nya tillståndet efter varje handling. Eftersom all information om ASIMOs tillstånd inte är tillgänglig på grund av tidigare nämnda orsaker behöver dock denna mappning ändras något. Författarna till artikeln använde därför den information de hade; den nuvarande fotplaceringen i steg i (𝑙𝑖 som tillhör L) och två tidigare kommandon till roboten (𝑎𝑖−2, 𝑎𝑖−1som tillhör A). Genom att använda och jämföra informationen om tidigare kommandon och nuvarande fotplacering kunde de därmed hitta en tillräckligt bra beskrivning

Page 13: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

10

av robotens nuvarande tillstånd. Detta leder till en alternativ variant av T som kan ta roboten från steg i till steg i+1 och därmed hitta nästa fotplacering. Denna mappning ser då ut så här:

𝑇𝐴𝑆𝐼𝑀𝑂 ∶ 𝐴 × 𝐴 × 𝐿 × 𝐸 × 𝐴 → 𝐿 eller 𝑇𝐴𝑆𝐼𝑀𝑂(𝑎𝑖−2, 𝑎𝑖−1, 𝑙𝑖, 𝑒𝑖+1, 𝑎𝑖) = 𝑙𝑖+1

Eftersom att alla handlingar kanske inte är tillgängliga i alla robotens tillstånd eller omgivningar behövs också en mappning av mängden tillgängliga handlingar. Denna mappning ser därför ut såhär: 𝐹 ∶ 𝑆 × 𝐸 → 𝐴. (Chestnutt, o.a., 2005)

Omgivningen

ASIMOs omgivning består av ett rutnät bestående av celler där varje cell benämns med c. Varje cell representeras av (𝑥, 𝑦, 𝑖) ∈ 𝑅2 × {0, 1} där (x, y) är positionen i rutnätet och i innehåller information om cellens terräng, med andra ord om roboten kan gå där eller inte. Denna information får roboten från sina sensorer eller inprogrammerade kartor och cellerna skapar tillsammans en bild över fria ytor och hinder. (Chestnutt, o.a., 2005)

Planeringsalgoritm

Planeraren använder sedan en algoritm för att hitta en väg där roboten kan undvika hinder. Planerarens input är en omgivning, en startpunkt och ett mål, mappningen F för att hitta möjliga handlingar och mappningen T som visar förändringen mellan tidigare fotplacering och nästa fotplacering (se Figur 7). För att hitta den bästa vägen används sedan en sökning med metoden A*. Planeraren söker i omgivningen tills den hittat en väg till målet eller tills tiden har tagit slut (se Figur 7, rad 2-5). För varje handling används tre kostnadsfunktioner som avgör om denna handling ska läggas till i handlingskön och i så fall vart i kön den hamnar. Planeraren räknar här ut LocationCost vilket innebär att nästa tillstånd i den givna omgivningen evalueras för att se om det är säkert (se Figur 7, rad 10). Nästa kostnad är StepCost vilken givet omgivningen och en handling räknar ut en kostnad för handlingen. Denna funktion används för att kunna väga handlingar mot varandra (se Figur 7, rad 11). Den sista kostnaden är ExpectedCost vilket är en uppskattning av återstående kostnad baserat på omgivningen och nästa tillstånd (se Figur 7, rad 12). När sökningen sedan är klar returneras en lösning med en ordnad lista av handlingar som bör tas för att nå målet. (Chestnutt, o.a., 2005)

Page 14: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

11

Figur 7. Algoritmen som används för att hitta en säker väg. (Chestnutt, o.a., 2005)

Resultat

I detta experiment lyckades ASIMO välja en säker väg genom de statiska hinder som fanns i hans omgivning (se Figur 8). Många olika omgivningar testades där startpunkten och mål flyttades. Trots detta klarade roboten alla uppgifter och klarade också av att kliva över vissa hinder, vilket var målet med experimentet. (Chestnutt, o.a., 2005)

Figur 8. En genererad fotstegsplan. De röda områdena är hinder, start är i det övre vänstra hörnet och mål i det nedre högra. Färgerna för vänster fot (blå) och höger fot (ljusröd) varierar. (Chestnutt, o.a., 2005)

Page 15: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

12

Diskussion Att ASIMO är en revolutionerande och nytänkande robot kan nog de flesta hålla med om, men hur intelligent är han egentligen? Jag tycker att ASIMO på många sätt imiterar ett intelligent beteende när han till exempel minns ansikten och röster samt interagerar med människor och sin omgivning. Detta gör att människor kan känna att de får en personlig koppling till roboten vilket kan få den att upplevas som mer intelligent. Honda är dock noga med att påpeka att ASIMOs intelligens ligger i den teknik den är utrustad med, och att han inte kan tänka eller resonera som en människa (ASIMO Frequently Asked Questions).

ASIMO har även vissa begränsningar, varav den jag anser vara störst är hans förmåga att tala. Roboten verkar, trots sitt syfte att hjälpa människor, ha en begränsad talförmåga. Han kan ta auditiva kommandon men förmågan att föra en konversation tycks ännu inte vara utvecklad. Om ASIMO ska fungera som en hjälpande hand för personer som behöver det anser jag att hans talförmåga bör utvecklas till en betydligt högre nivå för att människor ska bli nöjda med hans service. För att roboten ska kunna fungera i den mänskliga miljön tycker jag det är lika viktigt att han kan kommunicera som en människa och hålla någon sällskap, som att kunna gå och röra sig som en människa.

Något som jag reagerade på när jag läste om ASIMO var att han var skapad för att hjälpa människor som till exempel är sängliggande eller på andra sätt behöver hjälp i hemmet. Jag tycker personligen att fokus vid skapande av robotar som kan hjälpa till inte ska vara på robotar som kan ersätta arbetande människor, utan på robotar som kan göra uppgifter människan inte kan. Genom att skapa robotar som kan ta över någons jobb och som dessutom varken kräver lön, rast eller mat kommer dessa personer möjligtvis bli utan jobb i framtiden. Istället borde robotar som kan utföra uppgifter i, för människan, krävande eller farliga miljöer skapas då de i dessa fall faktiskt kan vara till nytta.

Page 16: ASIMO - IDA > Home729G43/projekt/studentpap... · ASIMO kan också höra med hjälp av sina mikrofoner som sitter på huvudet. Dessa mikrofoner gör att roboten kan följa röstkommandon,

Linköpings universitet Josefin Olsson Artificiell intelligens josol745 729G43 2017-01-12

13

Referenser ASIMO Frequently Asked Questions. (n.d.). Retrieved Januari 10, 2017, from

asimo.honda.com/downloads: https://asimo.honda.com/downloads/pdf/asimo-technical-faq.pdf

ASIMO Photo Gallery. (n.d.). Retrieved from asimo.honda.com/gallery: http://asimo.honda.com/ASIMO_DCTM/News/images/highres/Meet_ASIMO.jpg

ASIMO Specifications. (n.d.). Retrieved Januari 11, 2017, from asimo.honda.com/asimo-specs: http://asimo.honda.com/asimo-specs/)

ASIMO Technical Information. (2007, September). Retrieved Januari 10, 2017, from asimo.honda.com/education-materials: http://asimo.honda.com/downloads/pdf/asimo-technical-information.pdf

Chestnutt, J., Lau, M., Cheung, G., Kuffner, J., Hodgins, J., & Kanade, T. (2005). Footstep planning for the Honda ASIMO humanoid. Proceedings of the IEEE international conference on robotics and automation (ICRA), (pp. 629-634). Barcelona.

Hirose, M., & Ogawa, K. (2007). Honda humanoid robots development. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 11-19.

Honda Worldwide. (n.d.). Retrieved Januari 12, 2017, from world.honda.com/about: http://world.honda.com/about/

Inside ASIMO Robotics by Honda. (2017). Retrieved Januari 10, 2017, from asimo.honda.com: http://asimo.honda.com/inside-asimo/

New Scientist. (2005, December 13). Retrieved Januari 11, 2017, from Humanoid robot gets job as receptionist: https://www.newscientist.com/article/dn8456-humanoid-robot-gets-job-as-receptionist

Obringer, L. A., & Strickland, J. (2007, April 11). How ASIMO Works. Retrieved Januari 10, 2017, from HowStuffWorks.com: http://science.howstuffworks.com/asimo.htm

Sakagami, Y., Watanabe, R., Aoyama, C., Matsunaga, S., Higaki, N., & Fujimura, K. (2002). The intelligent ASIMO: System overview and integration. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. New York: IEEE.

ScienceDaily. (n.d.). Retrieved Januari 12, 2017, from Humanoid robot: https://www.sciencedaily.com/terms/humanoid_robot.htm