研究人员创建了一个机器人团队来导航未知的地下环境江华

研究人员创建了一个机器人团队来导航未知的地下环境

本学期初，一群宾夕法尼亚大学的学生，博士后和教职员工前往匹兹堡附近的一个实验矿场参加了由国防高级研究计划局主办的第一轮地下挑战赛。在Camillo J. Taylor的带领下，研究人员与Penn衍生公司合作，建立了一个机器人团队来导航和探索未知的地下环境。

DARPA面临的挑战旨在激发创新解决方案，SubT的目标是开发可以被发送到对人类来说太危险的地方的机器人，例如发生火灾后的地铁隧道或被困人员的矿井然后，这些机器人可以将看到的报告发回给可以留在安全地点的人。

宾夕法尼亚州地下隧道运营实验室实验室的成员，简称PLUTO，具有在挑战性环境中使用无人机的经验，但是进入地下意味着需要另一种平台来运送重型设备同时在狭窄的空间中航行。通过将Ghost Robotics有腿的“狗”平台与Exyn技术无人机相结合，PLUTO结合了有腿系统的优势，将以前的专业知识领域结合在一起。

为了成功穿越地雷，机器人需要能够看清周围的事物，以便他们能够避开障碍物，同时还可以与操作员共享所看到的东西。每只狗都进行光检测和测距设备，该设备使用激光创建3D地图，使用立体声RGB相机查看伪影，使用热像仪检测热信号以及使用车载计算机处理数据。

PLUTO的机器人还需要能够决定下一步要去哪里，识别文物并将信息传递给其他狗和矿山以外的人。博士开发的程序 学生Anthony Cowley被用来根据传感器收集的图像生成机器人位置的地图，同时使用由Ph.D开发的程序检测背包和手机等文物。学生Shreyas Shivakumar。

由于无线电波无法穿过厚厚的洞穴壁，因此地下通信尤其具有挑战性。在硕士生Fernando Cladera的带领下，PLUTO的策略是创建一个“桶队”系统，该系统可以使机器人彼此共享数据。这样，如果机器人无法回到入口，它收集的数据仍然可以被其他狗中继到基站。

将所有这些能力整合在一起需要高度的自主权，以使机器人能够在无需人工干预的情况下计划其探索策略。博士 学生Ian Miller领导了这项工作，并帮助确保所有传感器，硬件和算法可以协同工作。

去年夏天，PLUTO在宾夕法尼亚州兰斯福德的9号煤矿和博物馆度过了时光，并于今年初在科罗拉多矿业学校的实验性地雷中度过了一段时间，以了解其自动化系统如何在地下运行。经过数月的准备，八月，SubT挑战赛对阵匹兹堡附近的另外十个团队进行了第一轮挑战。

小组在SubT挑战赛上的准备空间。

每个小组完成了两个排雷课程，并在每个课程中进行了两次尝试以查找物品，包括背包，手机，灭火器和假人，并且限时一小时。团队成员均不得进入矿井内部，只有米勒被允许与机器人在收集数据时进行交互。

尽管他们的机器人没有发现希望的数量过多的伪影，但PLUTO团队对系统在如此严峻而未知的环境中的运行情况感到满意。运作良好的组件包括狗如何发现和探索隧道，它们识别物体的能力以及通过水桶大队共享数据的能力。“摔倒”的狗提供了几项检测，显示了即使单个机器人跌倒时，它们的系统也具有韧性。

也是Ghost Robotics的硕士研究生的Adarsh Kulkarni说，他对狗的机械稳定性以及即使在多次跌倒后的表现也感到满意。Kulkarni说：“到目前为止，这是我们运行机器人所经历的最艰难的一次，也是它们所处的最恶劣的环境。” “矿山是它自己的野兽。”

Shivakumar补充说：“他们每天都在殴打，第二天早上他们在工作。” “这真的值得称赞。”

尽管他们的某些设计已经过时，无法应对9号挑战，包括为狭窄的纹理墙设计的传感器，而SubT具有更宽的光滑墙，但经验表明，团队亲身体验了为运用于未知环境的机器人进行工程设计的难度。这是在新环境中测试机器人的难得机会。米勒说：“这与正常的学术工作流程截然不同。” “从算法过渡到在以前从未见过的地方工作的东西是完全不同的问题。”

机器人技术中的“最后10％”构成了强大而可靠的自动化系统，这是一个挑战，通常需要结合最新技术和务实观点加以解决。Cladera说：“有时这些系统本身并不是新颖的，但是新颖的是它们在未经测试的环境中的实现。” “新颖之处在于如何解决所有这些问题，从而使机器人在恶劣的环境中也能可靠运行。”

该小组仍在讨论他们的SubT下一轮计划，下一轮将在2月在城市环境中进行，这意味着更多的人造结构和形状，例如尖角，光滑的墙壁和楼梯。无论未来如何发展，将机器人创建并发送到具有挑战性的现实环境中，对于宾州乃至整个机器人技术领域而言都是至关重要的，特别是对于将来可能需要自动化系统执行各种挑战性任务的未来而言从驾驶汽车到寻找幸存者。

宾夕法尼亚大学的通用机器人，自动化，传感和感知实验室的研究人员可以很好地应对这些挑战，这在一定程度上要归功于一种鼓励协作和交流的文化。泰勒说：“这是我们灌输给走进我们工厂的每个人的东西。” “如果您不担心拥有一个仅适合您的专业领域的项目，并且您愿意扩大自己的想法，那么它可以使您做更大的事情。”

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