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2023-01-31
纏成一坨的耳機線，這機器人兩下就能解開
更新時間：2022-08-14 16:05:44作者：佚名
Pine 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
明明自己已經整理過了，數據線卻還是繞成一團。
這像不像耳機從你的包里剛取出來的樣子。
現在不用怕了！加州大學研究出了一款機器人，可以輕松理順數據線。
有網友對這個研究結果“相見恨晚”：
有了這個機器人，就再也不怕那“不聽使喚”的線了。
機器人整理這些纏繞的線，它是怎么工作的呢？
工作原理
雙手機器人通過感知即將處理的線，使用兩個夾鉗來理順它們。
在整理線的過程中，機器人的特殊構造以及各個系統等都要起到很重要的作用。
首先是它的夾鉗結構，這個夾鉗（PC）觸手既可以鉗式（pinch-pinch）抓取，又可以籠式（cage-cage）抓取，也可以二者相結合（pinch-cage）。
△圖注：中間為籠式抓取，右邊為鉗式抓取
鉗式抓取時線不能任意滑動，而籠式抓取和兩者結合抓取時，線能夠滑動。
籠式抓取可以在解結操作中用到，鉗式、籠式結合抓取一般用來檢測線有沒有打結。
多種抓取模式可以讓機器人進行更多的操作，并且很適合整理較長的線。
其次是機器人的感知系統，它可以獲知整理線的過程中這條線的“狀態(tài)”：纏繞方式，打結的數量，何處打結··· ···從而影響機器人的后續(xù)操作。
具體來說，感知系統包括端點探測，實時追蹤線，結點探測等。
端點探測是指感知要整理的線的兩個端點，確?？梢赃M行下一步操作。
實時追蹤線是通過傳感器來探測整條線，從起點開始，追蹤到交叉點就停止。
節(jié)點探測是用于檢測整根線中的結點個數，單純的交叉點并能不算在其中。
感知到要處理的線的“狀態(tài)”之后，就意味著要進行操作了。
那么在整理的時候，兩個抓手都可以進行什么操作（操作指令）呢？
1、Reidemeister移動：這個操作是在整理時的第一個動作，兩個抓手抓住兩端的結點，然后將其拉向兩端，使線上的打結處都展現出來。
2、搖晃：晃動纏繞的線主要有兩個用處，其一是當線的兩端很難找到，無法進行Reidemeister移動時，通過晃動來尋找端點，其二是搖晃可以使打結處松動，更利于后續(xù)操作。
3、物理跟蹤：整理線時，需要一個臂緊抓住線的一端，另外一個臂滑動追蹤打結處。
4、結點隔離：當解開上一個結時，就要立即執(zhí)行這個操作，把已經處理好的部分撥到一邊。
5、雙籠分離：這個是解開打結處的一個重要動作，兩個抓手抓住節(jié)點內的兩點，然后向兩端拉開，結就打開了
了解完這波機器人的操作指令后，就可以來看看這些指令是怎么運用到實際操作中的？
整個理線的核心就是抓滑系統（Sliding and Grasping for Tangle Manipulation，簡稱SGTM），通過抓取和滑動等一系列操作來解開纏繞的線。
SGTM從識別端點開始。如果兩個端點都可見，那么它將繼續(xù)進行Reidemeister移動（指令1）。
如果看不到端點，它就會晃動（指令2）線，直至可以探測到兩個端點，然后進行Reidemeister移動。
接下來會用感知系統進行結探測，如果遇到結，執(zhí)行雙籠分離操作（指令5）以解開它，然后返回第一步。
如果沒有檢測到結的存在，將執(zhí)行物理跟蹤（指令3），這次跟蹤未檢測到結的存在的話，線就整理完畢。
但若在物理跟蹤時發(fā)現額外的結，則該結被隔離（指令四）并放置在工作空間中，算法返回到結探測步驟。
讀到這里，機器人如何整理纏繞的線我們也都明白了。
那么它整理這些線的效果如何？
最長可整理3米的線
在加州大學團隊的研究中，這個機器人最長可成功解開3米的數據線。
并且當線中存在一個結時，機器人解開的成功率為 67%，存在兩個結時，解開的成功率為 50%。
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參考鏈接：
[1] https://twitter.com/vainavi_v/status/1553829336515416064
[2] https://sites.google.com/view/rss-2022-untangling/home
[3] https://arxiv.org/abs/2207.07813
— 完 —