1
00:00:00,000 --> 00:00:14,700
(Музыка) Данная презентация предоставлена
Стэнфордским Университетом.

2
00:00:14,720 --> 00:00:20,830
Центр профессионального развития.

3
00:00:24,490 --> 00:00:27,110
Давайте начнём.

4
00:00:27,130 --> 00:00:29,790
Добро пожаловать на курс 
Введение в робототехнику.

5
00:00:29,810 --> 00:00:34,200
С наступающим Новым годом всех.

6
00:00:34,200 --> 00:00:41,695
В этом курсе мы попробуем рассмотреть


7
00:00:41,695 --> 00:00:46,250
основы робототехники — мы посмотрим на

8
00:00:46,250 --> 00:00:50,110
математические модели, представляющие

9
00:00:50,110 --> 00:00:51,940
роботизированные системы 
с разных сторон.

10
00:00:51,940 --> 00:00:56,600
Вы только что видели их в классе.

11
00:00:56,620 --> 00:00:57,865
Вы видели

12
00:00:57,865 --> 00:01:01,515
слияние человекоподобной
роботизированной системы,

13
00:01:01,515 --> 00:01:05,301
которой мы можем управлять.

14
00:01:05,301 --> 00:01:09,182
Если вы исследуете модель,


15
00:01:09,182 --> 00:01:12,917
которую собираетесь использовать,
вам нужно представлять

16
00:01:12,917 --> 00:01:14,400
кинематику системы.

17
00:01:14,420 --> 00:01:18,882
Вы также должны уметь
привести систему в движение

18
00:01:18,882 --> 00:01:22,672
с помощью двигателей
и найти правильные крутящие моменты,

19
00:01:22,672 --> 00:01:24,430
чтобы сделать робота
подвижным.

20
00:01:24,430 --> 00:01:27,030
Вернёмся к этому.

21
00:01:27,050 --> 00:01:29,517
Я думаю, что это довольно интересно.

22
00:01:29,517 --> 00:01:36,320
Есть робот, которым вы хотите управлять.

23
00:01:36,340 --> 00:01:42,480
Какой способ управления руками
мы можем придумать,

24
00:01:42,500 --> 00:01:46,080
чтобы переместиться из одного места
в другое?

25
00:01:46,100 --> 00:01:50,390
Есть много различных способов

26
00:01:50,410 --> 00:01:53,550
управления роботом.

27
00:01:53,570 --> 00:01:56,940
Прежде всего, вы должны знать,
где робот находится,

28
00:01:56,960 --> 00:01:59,910
для этого вам нужно несколько датчиков.

29
00:01:59,930 --> 00:02:02,230
Какие датчики необходимы роботу

30
00:02:02,250 --> 00:02:05,410
чтобы узнать, где он находится?

31
00:02:05,430 --> 00:02:08,020
Есть идеи?

32
00:02:08,039 --> 00:02:09,070
GPS?

33
00:02:09,090 --> 00:02:09,650
GPS?

34
00:02:09,650 --> 00:02:10,760
Хорошо.

35
00:02:12,030 --> 00:02:15,840
Сколько параметров вы можете измерить

36
00:02:15,860 --> 00:02:18,610
с помощью GPS?

37
00:02:21,260 --> 00:02:22,260
Отлично.

38
00:02:22,260 --> 00:02:24,480
Мы можем попробовать.

39
00:02:24,500 --> 00:02:25,750
Сколько параметров вы можете...

40
00:02:25,560 --> 00:02:27,830
Что можно определить с помощью GPS?

41
00:02:27,850 --> 00:02:32,150
Координаты X и Y.

42
00:02:32,150 --> 00:02:37,040
Да, вы найдёте X и Y

43
00:02:37,060 --> 00:02:38,060
по данным GPS, верно?

44
00:02:38,060 --> 00:02:40,640
Сколько здесь степеней свободы?

45
00:02:40,660 --> 00:02:42,780
Сколько тел здесь движется?

46
00:02:42,800 --> 00:02:49,260
Когда я перемещаю вот это —
сколько тел движутся?

47
00:02:49,280 --> 00:02:50,530
Сколько датчиков GPS

48
00:02:50,480 --> 00:02:55,070
вы хотите поставить на робота?

49
00:02:55,090 --> 00:02:58,090
Вам потребуется 47, если у вас
47 степеней свободы,

50
00:02:57,950 --> 00:03:00,960
и это не сработает.

51
00:03:00,980 --> 00:03:02,230
Это будет слишком дорого.

52
00:03:01,430 --> 00:03:03,330
Еще одна идея.

53
00:03:03,350 --> 00:03:05,040
Нам нужно что-то ещё.

54
00:03:05,040 --> 00:03:06,810
Попробуем энкодеры.

55
00:03:06,810 --> 00:03:07,930
Да, энкодеры.

56
00:03:07,930 --> 00:03:09,460
У энкодера одна
степень свободы,

57
00:03:09,460 --> 00:03:11,490
только угол вращения.

58
00:03:11,510 --> 00:03:13,260
И сколько энкодеров нам нужно

59
00:03:13,280 --> 00:03:14,770
для 47 степеней свободы?

60
00:03:16,780 --> 00:03:18,790
47.

61
00:03:18,810 --> 00:03:23,080
Это даст нам относительное положение,

62
00:03:23,100 --> 00:03:28,130
но мы не знаем,
где находится конфигурация.

63
00:03:28,150 --> 00:03:31,710
Вам нужен GPS, чтобы найти один объект,

64
00:03:31,730 --> 00:03:33,730
а затем позиционировать
все по отношению к нему.

65
00:03:33,690 --> 00:03:37,179
Любая другая идея?

66
00:03:37,200 --> 00:03:39,530
Дифференциальная навигация.

67
00:03:39,601 --> 00:03:46,680
Интегрируя начальное известное положение

68
00:03:46,680 --> 00:03:52,610
или системы технического зрения.

69
00:03:52,630 --> 00:03:55,520
Используем их для обозначения объектов.

70
00:03:55,540 --> 00:03:57,970
Вы знаете, где находится робот,
а также относительное положение.

71
00:03:57,970 --> 00:04:01,669
Скорости определяются,
когда мы движемся.

72
00:04:02,480 --> 00:04:11,520
Как только мы обнаружили
местонахождение робота, нам нужно найти

73
00:04:11,540 --> 00:04:16,160
способ описания того,
где находятся части робота.

74
00:04:16,180 --> 00:04:17,740
Где правая рука?

75
00:04:17,760 --> 00:04:18,760
А где левая рука?

76
00:04:18,760 --> 00:04:20,300
И так далее.
Так что нам нужны...

77
00:04:20,320 --> 00:04:22,390
Что нам нужно?

78
00:04:22,410 --> 00:04:30,480
Вы должны найти связь между
всеми жесткими телами так,

79
00:04:30,500 --> 00:04:35,220
чтобы как только робот остановится,
вы могли бы узнать, как

80
00:04:35,240 --> 00:04:39,090
он расположен —
где расположена кисть, где плечо,

81
00:04:39,110 --> 00:04:42,210
где расположена голова.

82
00:04:42,230 --> 00:04:49,060
Так что вам нужно что-то,
что относится к науке о...

83
00:04:49,080 --> 00:04:54,980
Я говорю сейчас не о датчиках.

84
00:04:55,000 --> 00:04:58,785
Мы располагаем информацией,
но нам нужно определить

85
00:04:58,790 --> 00:05:00,660
Модель.

86
00:05:00,660 --> 00:05:02,590
Модель, кинематическую модель.

87
00:05:02,610 --> 00:05:04,880
В принципе, нам нужна кинематика.

88
00:05:04,900 --> 00:05:11,280
А когда тело движется, это порождает
динамику, не так ли?

89
00:05:11,300 --> 00:05:13,690
Так что вам нужно найти силы инерции.

90
00:05:13,710 --> 00:05:15,140
Вы должны знать...

91
00:05:15,160 --> 00:05:17,660
Если вы перемещаете правую руку, вдруг все

92
00:05:17,380 --> 00:05:18,380
начинает перемещаться,
не так ли?

93
00:05:18,380 --> 00:05:22,730
Существует связь между твердыми телами,

94
00:05:22,750 --> 00:05:24,310
соединеными вместе.

95
00:05:24,330 --> 00:05:27,520
Поэтому нам нужно определить динамику.

96
00:05:27,540 --> 00:05:33,480
И как только у вас есть все эти модели,
то вы должны задуматься

97
00:05:33,500 --> 00:05:37,200
о способе управления роботом.

98
00:05:37,220 --> 00:05:42,330
Так как же нам управлять роботом,
таким как этот?

99
00:05:42,350 --> 00:05:47,580
Скажем, я хочу переместить это — вот сюда.

100
00:05:47,600 --> 00:05:49,700
Как же мне это сделать?

101
00:05:49,630 --> 00:05:52,380
Я хотел бы переместить руку в это место.

102
00:05:55,910 --> 00:05:57,770
Извиняюсь?

103
00:05:57,770 --> 00:06:00,580
Прямая и обратная кинематика.

104
00:06:00,580 --> 00:06:02,500
О, очень хорошо.

105
00:06:02,500 --> 00:06:05,400
Что ж, прямая кинематика даст вам

106
00:06:05,420 --> 00:06:06,420
местонахождение руки.

107
00:06:06,420 --> 00:06:09,340
Обратная кинематика даст вам заданную

108
00:06:09,360 --> 00:06:12,260
позицию для руки, к которой вы стремитесь.

109
00:06:12,280 --> 00:06:13,780
Вам нужно...

110
00:06:13,800 --> 00:06:16,050
Вы сможете решить,
какие будут углы у сочленений.

111
00:06:15,800 --> 00:06:19,060
Вот так.

112
00:06:19,080 --> 00:06:24,400
И если вы это сделаете,
то узнаете искомый угол

113
00:06:24,420 --> 00:06:26,030
для каждого из сочленений.

114
00:06:26,030 --> 00:06:29,600
После этого вы сможете управлять
суставами, переместить их

115
00:06:29,620 --> 00:06:32,460
к заданной позиции,
и вся рука будет двигаться

116
00:06:32,480 --> 00:06:34,070
к определенной конфигурации.

117
00:06:34,090 --> 00:06:41,860
Мы можем использовать инверсную
кинематику для этого робота?

118
00:06:41,880 --> 00:06:43,550
Это не легко.

119
00:06:43,570 --> 00:06:46,630
Это уже трудно для робота с шестью
степенями свободы,

120
00:06:46,650 --> 00:06:50,930
как у руки, но для робота со многими
степенями свободы...

121
00:06:50,950 --> 00:06:53,700
Поэтому предположим, я хотел бы перейти
к этой позиции.

122
00:06:52,320 --> 00:06:53,320
Это находится здесь.

123
00:06:53,320 --> 00:07:01,080
Есть бесконечное множество путей,
которыми я могу добраться туда.

124
00:07:01,100 --> 00:07:03,520
И есть много, много разных решений этой

125
00:07:03,540 --> 00:07:05,750
задачи.

126
00:07:05,770 --> 00:07:07,270
Кроме того, человек

127
00:07:07,160 --> 00:07:08,660
на самом деле движется по-другому.

128
00:07:08,160 --> 00:07:11,310
Я имею в виду, когда вы двигаете рукой,
вы используете обратную

129
00:07:11,330 --> 00:07:12,770
кинематику?

130
00:07:12,790 --> 00:07:17,890
Кто-нибудь?
— Нет.

131
00:07:17,910 --> 00:07:20,670
Таким образом,
мы увидим различные способы...

132
00:07:20,690 --> 00:07:23,940
О, я вернусь к этому вопросу чуть позже.

133
00:07:23,900 --> 00:07:29,810
Я не уверен,
но идея роботов в основном была

134
00:07:29,830 --> 00:07:30,830
взята

135
00:07:30,830 --> 00:07:35,590
с этой картинки — то есть, у вас есть
робот, работающий в

136
00:07:35,610 --> 00:07:39,130
изолированной среде на
заводе-изготовителе, делает вещи,

137
00:07:39,150 --> 00:07:42,630
собирает, выбирает место,
переходя из одного — в другое

138
00:07:42,650 --> 00:07:47,680
без какого-либо взаимодействия с людьми.
Но робототехника развивалась

139
00:07:47,700 --> 00:07:48,740
на протяжении многих лет

140
00:07:48,760 --> 00:07:52,880
И сегодня, у нее есть много областей

141
00:07:52,900 --> 00:07:56,810
применения: от роботов,
работающих с хирургом, управляемых

142
00:07:56,830 --> 00:07:57,830
человеком,

143
00:07:57,830 --> 00:08:01,660
до роботов помогающих рабочим
нести тяжелый груз,

144
00:08:01,680 --> 00:08:04,960
роботов в сфере развлечений
и до роботов во многих, многих

145
00:08:04,980 --> 00:08:06,030
областях.

146
00:08:06,050 --> 00:08:09,350
И это то, что действительно интересно
в робототехнике: тот факт,

147
00:08:09,370 --> 00:08:12,630
что робототехника становится все ближе
и ближе к человеку,

148
00:08:12,650 --> 00:08:16,550
то есть мы используем роботов
для переноски, поднятия тяжестей,

149
00:08:16,570 --> 00:08:20,730
для работы, для расширения сферы
возможностей человека через тактильное

150
00:08:20,750 --> 00:08:21,900
взаимодействие.

151
00:08:21,920 --> 00:08:25,980
Вы можете почувствовать виртуальную
или реальную среду.

152
00:08:26,000 --> 00:08:29,510
Я не уверен, все ли понимают,
что такое тактильные ощущения.

153
00:08:29,530 --> 00:08:32,760
Тактильное взаимодействие [haptics]
происходит от греческого слова

154
00:08:32,780 --> 00:08:33,780
описывающего

155
00:08:33,780 --> 00:08:35,270
чувство осязания.

156
00:08:35,289 --> 00:08:37,970
И что касается осязания,

157
00:08:37,990 --> 00:08:39,789
На рисунке мы видим руки хирурга

158
00:08:39,809 --> 00:08:42,820
и хирург все еще работает.

159
00:08:42,840 --> 00:08:49,340
Таким образом, он оперирует
снаружи, а робот помещается внутрь,

160
00:08:49,360 --> 00:08:52,840
и вместо того, чтобы делать
большие надрезы, мы делаем

161
00:08:52,860 --> 00:08:54,070
маленькие,

162
00:08:54,090 --> 00:08:56,020
через которые мы вводим робота,
а затем

163
00:08:56,020 --> 00:08:57,290
продолжаем операцию.

164
00:08:57,310 --> 00:08:59,750
И восстановление удивительно.

165
00:08:59,770 --> 00:09:04,140
Всего несколько дней реабилитации,
и пациент выходит

166
00:09:04,160 --> 00:09:06,160
из госпиталя.

167
00:09:06,180 --> 00:09:09,690
Теле-операции через тактильные
или регулирующие устройства

168
00:09:09,690 --> 00:09:11,480
помогают нам в управлении.

169
00:09:11,500 --> 00:09:16,860
Так вот хирург работающий удалёно,
оперирует или

170
00:09:16,880 --> 00:09:21,310
оперирует под водой,
или взаимодействует с физической

171
00:09:21,330 --> 00:09:24,990
средой в домах или на заводе-изготовителе.

172
00:09:25,010 --> 00:09:28,160
Еще одной интересной вещью в
робототехнике является то, что благодаря

173
00:09:28,180 --> 00:09:32,470
фокусированию на сочленённых
системах организма, мы можем

174
00:09:32,490 --> 00:09:36,980
использовать все эти модели, методы, мы

175
00:09:37,000 --> 00:09:41,140
развиваем робототехнику, чтобы
моделировать человека и создать

176
00:09:41,160 --> 00:09:45,720
цифровую модель человека,
который, как мы увидим позже,

177
00:09:45,740 --> 00:09:51,210
может быть ассимилирован и управляем,
с целью воспроизведения

178
00:09:51,230 --> 00:09:57,910
фактического поведения человека,
снятого с устройств

179
00:09:57,930 --> 00:09:59,250
определения
движения человека.

180
00:09:59,270 --> 00:10:05,280
Кроме того, с помощью взаимодействия,
которое мы осуществляем

181
00:10:05,300 --> 00:10:08,130
с физическим миром, мы сможем
использовать осязающие

182
00:10:08,150 --> 00:10:14,750
устройства для изучения физического
мира, который не может быть исследован

183
00:10:14,770 --> 00:10:18,970
в реальности — то есть, мы не можем,
например, перейти к атомному уровню,

184
00:10:18,990 --> 00:10:22,460
но мы можем имитировать
уровень атома, через

185
00:10:22,480 --> 00:10:26,570
осязающие устройства мы можем
исследовать этот мир.

186
00:10:26,590 --> 00:10:30,110
Наверное, самая захватывающая область
в робототехнике

187
00:10:30,130 --> 00:10:35,080
это воспроизводящие устройства, роботы,
которые выглядят как человек

188
00:10:35,100 --> 00:10:39,520
и ведут себя естественно,
как животные или люди.

189
00:10:39,540 --> 00:10:44,460
Несколько лет назад я был в Японии.

190
00:10:44,480 --> 00:10:46,160
Все знают место, где сделана
эта фотография?

191
00:10:46,180 --> 00:10:47,180
Это фото сделано в...

192
00:10:47,180 --> 00:10:50,160
(Голос из зала) Осака.

193
00:10:50,180 --> 00:10:51,120
(Голос из зала) Иокогама.

194
00:10:51,120 --> 00:10:55,390
Очень хорошо, но вы жульничаете,
потому что вы были там.

195
00:10:55,410 --> 00:10:58,250
(Смех) Так что это из Иокогамы,

196
00:10:58,270 --> 00:11:00,930
и там проходит «Robodex».

197
00:11:00,950 --> 00:11:04,190
«Robodex» собирает тысячи и тысячи людей,

198
00:11:04,210 --> 00:11:08,840
желающих увидеть последние новинки
в области робототехники.

199
00:11:08,860 --> 00:11:10,360
Это было несколько лет назад.

200
00:11:10,330 --> 00:11:14,840
Посмотрите на «ASIMO», являющуюся

201
00:11:14,860 --> 00:11:18,570
крайней моделью в серии развития

202
00:11:18,590 --> 00:11:23,330
роботов «Honda», она идет
за роботами «P2» и «P3».

203
00:11:23,350 --> 00:11:30,740
И вы смогли бы увидеть там
большинство главных

204
00:11:30,760 --> 00:11:33,000
разработчиков роботов,
в частности, человекоподобных.

205
00:11:33,020 --> 00:11:36,150
Все видели это?

206
00:11:36,170 --> 00:11:37,250
Все видели это?

207
00:11:37,270 --> 00:11:40,030
Вы знаете, что это?

208
00:11:40,050 --> 00:11:42,240
Это робот компании «Sony».

209
00:11:42,260 --> 00:11:45,330
Я думаю, у меня есть видео.

210
00:11:45,350 --> 00:11:48,500
Давайте посмотрим, если оно запустится.

211
00:11:48,520 --> 00:11:57,800
Робот «Sony» балансирует
на подвижной панели,

212
00:11:57,820 --> 00:11:59,430
и это не такая уж легкая задача.

213
00:11:59,450 --> 00:12:04,590
И вы можете представить себе
всё необходимое


214
00:12:04,610 --> 00:12:07,530
для управления им в реальном времени

215
00:12:07,550 --> 00:12:08,550
и динамическую модель
и всё остальное.

216
00:12:08,550 --> 00:12:17,930
Это было сделано несколько лет назад.

217
00:12:17,950 --> 00:12:21,600
Мы привезли этого робота в Стэнфорд

218
00:12:21,620 --> 00:12:29,330
несколько лет назад, показали спектакль,
и было довольно

219
00:12:29,350 --> 00:12:33,440
интересно смотреть на него,
выступающего и танцующего.

220
00:12:33,460 --> 00:12:39,090
Существует много различных роботов,
особенно в Азии.

221
00:12:39,110 --> 00:12:41,460
В Японии и Корее —
человекоподобные роботы.

222
00:12:41,480 --> 00:12:50,790
AIST» построила серию роботов:
«HRP», «HRP-1» и «-2».

223
00:12:50,810 --> 00:12:53,060
Они находят и развивают
все больше возможностей

224
00:12:52,850 --> 00:13:00,780
для этих роботов.

225
00:13:00,800 --> 00:13:03,890
Одно из интереснейших шоу,

226
00:13:03,910 --> 00:13:09,510
которые мы видели в последнее время,
прошло около Нагои

227
00:13:09,530 --> 00:13:15,650
во время «World Expo» в Айчи,
там демонстрировался целый ряд проектов.

228
00:13:15,670 --> 00:13:21,320
Некоторые из них вышли из
научно-исследовательских лабораторий,

229
00:13:21,340 --> 00:13:24,890
сотрудничавших с промышленностью
при разработке.

230
00:13:24,910 --> 00:13:28,020
Это танцующий робот.

231
00:13:28,040 --> 00:13:34,920
Это «HRP».

232
00:13:34,940 --> 00:13:37,480
Так «HRP» ходит.

233
00:13:37,500 --> 00:13:41,060
Ходьба теперь хорошо освоена.

234
00:13:41,080 --> 00:13:46,180
Но есть проблема: как перейти
к определенной позиции, принять

235
00:13:46,200 --> 00:13:50,470
объект и контролировать взаимодействие
с физическим миром?

236
00:13:50,490 --> 00:13:51,550
Это сложная задача.

237
00:13:51,570 --> 00:13:54,330
Вы видите, что скольжение и касание 
освоены не полностью,

238
00:13:54,350 --> 00:14:02,230
но это направление для исследований.

239
00:14:02,250 --> 00:14:05,020
Вот интересное устройство, приехавшее

240
00:14:05,040 --> 00:14:07,480
из «Waseda University».

241
00:14:07,500 --> 00:14:11,320
У этого робота есть дополнительные
степени свободы.

242
00:14:11,340 --> 00:14:18,300
И еще одна проблема.

243
00:14:18,320 --> 00:14:22,210
У вас есть дополнительные
степени свободы в тазобедренных суставах,

244
00:14:22,230 --> 00:14:26,910
позволяющие сделать его движения
более похожими на человеческие.

245
00:14:26,930 --> 00:14:29,220
Это один из моих любимых.

246
00:14:29,240 --> 00:14:36,700
Он человекоподобен
и действует как человек,

247
00:14:36,720 --> 00:14:41,240
есть искусственные мышцы,
использующиеся для реализации движения.

248
00:14:41,260 --> 00:14:44,220
Но, очевидно, есть много проблем
с искусственными мышцами,

249
00:14:44,240 --> 00:14:48,250
потому что динамическая реакция
происходит очень медленно

250
00:14:48,270 --> 00:14:51,700
и сила, которую вы можете создать — 
не достаточна.

251
00:14:51,720 --> 00:14:54,050
Но мы еще поговорим об этом.

252
00:14:54,070 --> 00:15:24,070
Хорошо, что вы думаете об этом?

253
00:15:25,010 --> 00:15:27,220
И что?

254
00:15:27,240 --> 00:15:29,420
Итак, что вы думаете?

255
00:15:29,440 --> 00:15:32,440
Нужны ли нам роботы,
идеально похожие

256
00:15:32,010 --> 00:15:33,010
на человека?

257
00:15:33,010 --> 00:15:38,960
Или нам нужны функциональные
возможности окружающей среды?

258
00:15:38,980 --> 00:15:43,450
Например, если мы работаем с деревьями,
мы обучаем

259
00:15:43,470 --> 00:15:44,840
робота рубить деревья.

260
00:15:44,860 --> 00:15:48,670
Если мы работаем с человеком,
то нам нужен робот,

261
00:15:48,690 --> 00:15:53,140
который имеет функциональные возможности
двух рук,

262
00:15:53,160 --> 00:15:56,240
мобильность, зрительные возможности.

263
00:15:56,260 --> 00:16:00,740
Вот действительно интересные вопросы
для раздумий:

264
00:16:00,760 --> 00:16:07,290
необходим ли нам робот
на биологической основе

265
00:16:07,310 --> 00:16:12,210
или функциональной, и как мы можем
сделать эти взаимодействия

266
00:16:12,230 --> 00:16:15,100
более эффективными.

267
00:16:15,120 --> 00:16:16,370
Я думаю, это последний.

268
00:16:15,570 --> 00:16:25,950
Да, это интересный пример того,
как можно расширить

269
00:16:25,970 --> 00:16:30,150
возможности человека
с помощью экзоскелета.

270
00:16:30,170 --> 00:16:33,940
Вы одеваете его и становитесь суперменом


271
00:16:33,960 --> 00:16:37,390
или суперженщиной,
и можете переносить тяжелые грузы.

272
00:16:37,410 --> 00:16:43,100
Они продемонстрируют здесь
перенос 60 килограммов

273
00:16:43,120 --> 00:16:47,030
и при этом не чувствуют никакого веса,
потому что все принимает

274
00:16:47,050 --> 00:16:52,430
структура экзоскелета, который они носят.

275
00:16:52,450 --> 00:16:56,300
Еще один интересный пример,

276
00:16:56,320 --> 00:17:02,500
это из Токийского Технологического
института — плавающий робот.

277
00:17:02,520 --> 00:17:05,660
Можно убедиться, что вода
не попадает в двигатели.

278
00:17:05,680 --> 00:17:15,069
Во всяком случае, робототехника становится
все ближе и ближе

279
00:17:15,089 --> 00:17:16,230
к человеку.

280
00:17:16,250 --> 00:17:21,400
И роботы становятся все ближе к человеку.

281
00:17:21,420 --> 00:17:27,760
Мы сталкиваемся с множеством
проблем, заставляющим эти

282
00:17:27,780 --> 00:17:32,190
машины работать в неисследованной,
загрязненной окружающей среде на уровне

283
00:17:32,210 --> 00:17:33,210
человека.

284
00:17:33,210 --> 00:17:38,920
Когда мы работали с роботами
на структурированном производстве

285
00:17:38,940 --> 00:17:41,990
растений, проблемы были гораздо проще.

286
00:17:42,010 --> 00:17:46,320
Теперь вы должны считаться
со многими вопросами,

287
00:17:46,340 --> 00:17:48,320
в том числе с тем фактом,
что вам нужна безопасность.

288
00:17:48,340 --> 00:17:51,750
Вам нужна безопасность,
чтобы создать это взаимодействие.

289
00:17:51,770 --> 00:17:55,530
И эта дистанция между человеком и роботом

290
00:17:55,550 --> 00:17:56,550
очень оправдана.

291
00:17:56,550 --> 00:18:00,560
Вы не хотите подвести робота
очень близко к человеку,

292
00:18:00,580 --> 00:18:05,850
потому что эти машины
ещё не вполне безопасны.

293
00:18:05,870 --> 00:18:12,630
Ну, развитие робототехники
имеет много аспектов и

294
00:18:12,650 --> 00:18:13,650
и много видов.

295
00:18:13,650 --> 00:18:18,170
Здесь, в Стэнфорде, нам повезло с большим

296
00:18:18,190 --> 00:18:24,320
количеством классов, курсов,
предлагающихся в различных областях

297
00:18:24,340 --> 00:18:29,440
робототехники, графики
и вычислительной геометрии,

298
00:18:29,460 --> 00:18:30,460
осязания и всего прочего.

299
00:18:30,460 --> 00:18:34,690
И существует список различных
курсов, предлагающихся

300
00:18:34,710 --> 00:18:36,010
втечение года.

301
00:18:36,030 --> 00:18:39,790
втечение года.

302
00:18:39,810 --> 00:18:41,720
Это ведение в робототехнику.

303
00:18:41,740 --> 00:18:44,900
Весной я предложу два
дополнительных курса, в которых

304
00:18:44,920 --> 00:18:48,510
мы будем иметь дело
с экспериментальной робототехникой —

305
00:18:48,530 --> 00:18:53,290
то есть, применим всё,
что вы узнали в ходе этих занятий

306
00:18:53,310 --> 00:18:58,270
к реальному роботу, будем
экспериментировать с ним,

307
00:18:58,290 --> 00:19:01,580
а также изучать сложные темы
в области научных исследований,

308
00:19:01,600 --> 00:19:03,720
и это в «Advanced Robotics».

309
00:19:03,740 --> 00:19:11,410
Я Усама Хатиб, ваш преподователь.

310
00:19:11,430 --> 00:19:13,950
И у вас есть...

311
00:19:13,970 --> 00:19:15,590
В этом году нам повезло.

312
00:19:15,610 --> 00:19:20,620
У нас есть три ассистента-преподавателя
[далее АП], помогающих с занятиями:

313
00:19:20,640 --> 00:19:21,640
Пит, Кристин
и Ченнинг.

314
00:19:21,640 --> 00:19:22,640
Итак,

315
00:19:21,950 --> 00:19:24,240
Они здесь.

316
00:19:24,260 --> 00:19:27,010
Пожалуйста, встаньте,
или просто повернитесь, так чтобы

317
00:19:26,900 --> 00:19:29,230
вас узнали.

318
00:19:29,250 --> 00:19:32,300
Здесь перечислены часы работы.

319
00:19:32,320 --> 00:19:38,520
Таким образом, мои рабочие часы
в понедельник и в среду,

320
00:19:38,540 --> 00:19:43,590
и понедельник, вторник и четверг для АП.

321
00:19:43,610 --> 00:19:48,630
Лекционные заметки так же здесь,
и они доступны

322
00:19:48,650 --> 00:19:49,970
в книжном магазине.

323
00:19:49,990 --> 00:19:52,410
Это издание 2008-го года.

324
00:19:52,430 --> 00:19:54,040
И мы продолжаем улучшать его.

325
00:19:54,060 --> 00:19:57,790
Это пока еще не учебник,
но довольно полный сборник

326
00:19:57,810 --> 00:20:01,420
требований и вещей, которые нужно иметь

327
00:20:01,440 --> 00:20:04,250
на занятии.

328
00:20:04,270 --> 00:20:06,020
Посмотрим на план.

329
00:20:04,980 --> 00:20:08,480
Сегодня среда, 9-е число, мы подойдем к

330
00:20:06,240 --> 00:20:19,870
выпускному экзамену 21-го марта.

331
00:20:19,890 --> 00:20:25,300
Есть несколько изменений в расписании
из раздаточного материала,

332
00:20:25,320 --> 00:20:28,030
имеющегося у вас,

333
00:20:28,050 --> 00:20:31,020
и мы обновим их позже.

334
00:20:31,040 --> 00:20:38,710
Эти изменения произошли
как раз в этой области, вокруг

335
00:20:38,730 --> 00:20:40,920
динамики и программы управления.

336
00:20:40,940 --> 00:20:45,430
Но по сути, мы собираемся начат
со следующей недели

337
00:20:45,450 --> 00:20:51,270
и, чтобы начать изучение модели,
рассмотрим

338
00:20:51,290 --> 00:20:52,710
пространственное описание.

339
00:20:52,730 --> 00:20:55,570
Мы перейдем к прямой кинематике, 
и рассмотрим

340
00:20:55,590 --> 00:20:57,160
Якобиан.

341
00:20:57,180 --> 00:21:00,570
Я буду обсуждать всё понемногу.

342
00:21:00,590 --> 00:21:02,970
Это приведет нас к промежуточному этапу.

343
00:21:02,990 --> 00:21:08,580
Одна важная вещь о промежуточном
и финальном этапе:

344
00:21:08,600 --> 00:21:10,920
мы сделаем обзор сессий.

345
00:21:10,940 --> 00:21:14,510
И класс довольно большой, поэтому

346
00:21:14,530 --> 00:21:15,530
мы разделим его на два.

347
00:21:15,530 --> 00:21:18,950
Будет две группы, которые будут
посещать обзорные

348
00:21:18,970 --> 00:21:21,860
сессии, которые будут проходить
в вечернее время.

349
00:21:21,880 --> 00:21:25,300
Они будут проходить
в лаборатории робототехники.

350
00:21:25,320 --> 00:21:30,790
В ходе этих сессий, мы рассмотрим
середину прошлых лет

351
00:21:30,810 --> 00:21:34,100
и финалы прошлых лет.

352
00:21:34,120 --> 00:21:38,670
И что хорошо в этих сессиях, вы сможете

353
00:21:38,690 --> 00:21:46,040
посмотреть на демонстрации работы
роботов пока будете есть пиццу

354
00:21:46,060 --> 00:21:52,950
и запивать ее. Это будет происходить
между 7:00 и

355
00:21:52,970 --> 00:21:53,970
9:00.

356
00:21:53,970 --> 00:21:56,970
Иногда может закончится в 10:00,
потому что у нас будет много

357
00:21:56,770 --> 00:21:58,250
вопросов и дискуссий.

358
00:21:58,270 --> 00:22:02,760
Но эти встречи, действительно,
очень важны и я

359
00:22:02,780 --> 00:22:06,660
поощряю вас, и призываю также
студентов, учащихся удаленно,

360
00:22:06,680 --> 00:22:08,160
присутствовать на заседаниях.

361
00:22:08,180 --> 00:22:11,880
Они очень полезны при подготовке
к промежуточному

362
00:22:11,900 --> 00:22:12,900
и окончательному экзаменам.

363
00:22:12,900 --> 00:22:20,800
Так как я уже говорил, этот курс
охватывает математические модели,

364
00:22:20,820 --> 00:22:21,820
имеющие большое значение.

365
00:22:21,820 --> 00:22:25,080
Я знаю, что некоторым из вас, возможно,
не нравится


366
00:22:25,100 --> 00:22:28,240
сильное углубление в детали
математических моделей,

367
00:22:28,260 --> 00:22:34,340
но мы должны сделать это,
если хотим научиться управлять

368
00:22:34,360 --> 00:22:37,180
этими машинами или строить их,
или продумывать дизайн

369
00:22:37,200 --> 00:22:38,200
этих машин.

370
00:22:38,200 --> 00:22:41,040
Нам необходимо разобрать
математические модели,

371
00:22:41,060 --> 00:22:44,480
основы кинематики и динамики.

372
00:22:44,500 --> 00:22:52,270
И мы будем использовать эти модели
для создания контроллеров, а также

373
00:22:52,290 --> 00:22:55,510
будем управлять движениями,
так что мы должны спланировать эти

374
00:22:55,530 --> 00:22:56,530
движения.

375
00:22:56,530 --> 00:22:59,380
Мы должны сделать движение

376
00:22:59,400 --> 00:23:02,730
безопасным, и мы должны
построить гладкие

377
00:23:02,750 --> 00:23:03,750
траектории.

378
00:23:03,750 --> 00:23:07,370
С этими вопросами мы обратимся

379
00:23:07,390 --> 00:23:10,660
к планированию и управлению,
в дополнение к этому, нам нужно

380
00:23:10,680 --> 00:23:13,280
трогать, чувствовать,
взаимодействовать с окружающим миром.

381
00:23:13,300 --> 00:23:17,660
Нам нужно создать плавные движения,
которые зависят от силы

382
00:23:17,680 --> 00:23:18,680
воздействия.

383
00:23:18,680 --> 00:23:23,200
Управление силой имеет решающее
значение в создании этих взаимодействий.

384
00:23:23,220 --> 00:23:27,180
Мы увидим, как можно управлять роботом
при перемещении

385
00:23:27,200 --> 00:23:31,340
в свободном пространстве, или
в контактном пространстве, если робот

386
00:23:31,360 --> 00:23:32,900
взаимодействует с миром.

387
00:23:32,920 --> 00:23:37,190
После у нас будет время, чтобы
обсудить некоторые передовые

388
00:23:37,210 --> 00:23:40,900
темы, обозначить сложные темы,
так что те вас,

389
00:23:40,920 --> 00:23:45,810
кто заинтересован в проведении
исследований в области робототехники,

390
00:23:45,830 --> 00:23:52,180
могут принять участие
в более продвинутых курсах,

391
00:23:52,200 --> 00:23:55,310
которые будут предложены весной.

392
00:23:55,330 --> 00:24:00,770
Вернемся к проблеме,
о которой я говорил вначале:

393
00:24:00,790 --> 00:24:04,320
к перемещению робота из одного

394
00:24:04,340 --> 00:24:05,340
места в другое.

395
00:24:05,340 --> 00:24:07,500
Предположим, вы хотели бы
переместить эту платформу.

396
00:24:07,520 --> 00:24:10,110
Это мобильная платформа для манипулятора.

397
00:24:10,130 --> 00:24:12,700
Вы хотели бы переместить
её отсюда — сюда.

398
00:24:12,720 --> 00:24:14,200
Как мы это сделаем?

399
00:24:14,220 --> 00:24:15,220
Как мы это сделаем?

400
00:24:15,220 --> 00:24:19,600
По сути, нам нужно найти способ

401
00:24:19,620 --> 00:24:26,780
обнаружения конфигурации,
с помощью которой робот достигает

402
00:24:26,800 --> 00:24:29,440
окончательной позиции.

403
00:24:29,460 --> 00:24:31,620
Это одна из них.

404
00:24:31,640 --> 00:24:34,390
Вы можете представить, как робот
будет двигаться к этой

405
00:24:34,230 --> 00:24:35,490
конфигурации.

406
00:24:35,510 --> 00:24:38,560
Но проблемой является то,
что мы не знаем, есть ли у нас

407
00:24:38,580 --> 00:24:39,580
резерв.

408
00:24:39,580 --> 00:24:41,260
Так что же такое избыточность?

409
00:24:41,280 --> 00:24:44,460
Избыточностью называется то,
что вы можете достичь некой позиции

410
00:24:44,480 --> 00:24:46,280
с помощью различных конфигураций,

411
00:24:46,300 --> 00:24:48,800
поскольку у вас много степеней свободы в

412
00:24:48,170 --> 00:24:49,170
системе.

413
00:24:49,170 --> 00:24:52,530
И если есть избыточность,
то проблема обратной

414
00:24:52,550 --> 00:24:55,470
кинематики становится довольно
трудной задачей.

415
00:24:55,490 --> 00:25:00,220
Но если вы ее решите, тогда вы
сможете сказать: я бы хотел

416
00:25:00,240 --> 00:25:04,130
переместить каждое
из этих соединений в эти

417
00:25:04,150 --> 00:25:07,340
положения, эту позицию поменять на другую.

418
00:25:07,360 --> 00:25:11,160
Таким образом, вы можете управлять
роботом, задавая его начальную

419
00:25:11,180 --> 00:25:14,540
позицию и создавая траектории
движения для суставов

420
00:25:14,560 --> 00:25:17,950
и тогда вы достигнете своей желаемой

421
00:25:17,970 --> 00:25:18,970
позиции.

422
00:25:18,970 --> 00:25:23,930
Это не самый естественный
способ управления роботами,

423
00:25:23,950 --> 00:25:30,150
и мы увидим, что существуют разные пути

424
00:25:30,170 --> 00:25:33,280
подхода к проблеме, являющиеся
гораздо более естественными.

425
00:25:33,300 --> 00:25:37,870
Чтобы управлять роботом,
сначала вам нужно найти все

426
00:25:37,890 --> 00:25:39,540
положения и ориентации

427
00:25:39,560 --> 00:25:44,550
самого механизма, что требует от нас

428
00:25:44,570 --> 00:25:49,590
описания положения и ориентации
объекта в пространстве.

429
00:25:49,610 --> 00:25:53,240
Тогда мы должны иметь дело с
преобразованием между системами,

430
00:25:53,260 --> 00:25:57,000
привязанными к различным объектам,
потому что, чтобы знать

431
00:25:57,020 --> 00:26:01,030
где конец эффектора,
вы должны знать как...

432
00:26:01,050 --> 00:26:04,130
Если вы знаете позиции разных объектов,

433
00:26:04,150 --> 00:26:08,250
как вы преобразуете описание,
чтобы найти

434
00:26:08,270 --> 00:26:12,330
положение вашего концевого эффектора?

435
00:26:12,350 --> 00:26:15,750
Вам нужны преобразования
между различными системами,

436
00:26:15,770 --> 00:26:17,810
привязанными к обоим объектам.

437
00:26:17,830 --> 00:26:25,520
Механизм, в этом случае рука,
определяется жестким

438
00:26:25,540 --> 00:26:30,090
фиксированным объектом —
базовым, и другим жестким

439
00:26:30,110 --> 00:26:34,730
движущимся объектом,
который мы называем

440
00:26:34,750 --> 00:26:35,750
концом эффектора.

441
00:26:35,750 --> 00:26:40,130
И между этими двумя объектами
есть связи,

442
00:26:40,150 --> 00:26:43,770
которые влияют на концевой
эффектор, перемещая его в какое-то

443
00:26:43,790 --> 00:26:44,910
место.

444
00:26:44,930 --> 00:26:49,200
И вопрос: Как мы можем
описать этот механизм?

445
00:26:49,220 --> 00:26:54,880
Мы видим, как движутся сочленения,
различные их виды,

446
00:26:54,900 --> 00:26:57,880
вращающиеся, призматические суставы.

447
00:26:57,900 --> 00:27:02,930
И с помощью этих описаний,
мы можем описать связи и

448
00:27:02,950 --> 00:27:09,240
цепочку связей, соединенных через

449
00:27:09,260 --> 00:27:10,730
набор параметров.

450
00:27:10,750 --> 00:27:11,750
Не беспокойтесь.

451
00:27:10,930 --> 00:27:17,870
Деневит и Хартенберг — два студента,
учившихся на PhD

452
00:27:17,890 --> 00:27:22,150
в Стэнфорде в начале 70-х,
они думали над этой проблемой

453
00:27:22,170 --> 00:27:26,090
и придумали минимальный набор параметров,

454
00:27:26,110 --> 00:27:30,520
необходимый для представления
отношений между двумя

455
00:27:30,540 --> 00:27:33,690
последовательными звеньями в цепочке.

456
00:27:33,710 --> 00:27:39,730
И их обозначения в настоящее время
используются везде в

457
00:27:39,750 --> 00:27:40,760
робототехнике.

458
00:27:40,780 --> 00:27:43,950
И с помощью этих обозначений
и параметров мы сможем

459
00:27:43,970 --> 00:27:46,630
придумать описание прямой

460
00:27:46,650 --> 00:27:47,650
кинематики.

461
00:27:47,650 --> 00:27:51,920
Прямая кинематика это отношения между

462
00:27:51,940 --> 00:27:55,880
соединениями и положением
концевого эффектора, поэтому

463
00:27:55,900 --> 00:27:59,500
с помощью прямой кинематики,
вы можете вычислить, где находится

464
00:27:59,520 --> 00:28:01,640
концевой эффектор и его ориентацию.

465
00:28:01,660 --> 00:28:10,110
Эти параметры описывают общее нормальное

466
00:28:10,130 --> 00:28:15,870
расстояние между двумя осями вращения.

467
00:28:15,890 --> 00:28:19,870
С помощью этого расстояния,
а также ориентации осей

468
00:28:19,890 --> 00:28:24,710
мы можем пройти через всю цепь,
а затем

469
00:28:24,730 --> 00:28:30,110
указать обозначения различных сочленений,
а затем вывести

470
00:28:30,130 --> 00:28:33,100
соотношения между ними, с тем,
чтобы найти

471
00:28:33,120 --> 00:28:36,600
соотношения между опорной рамой
и концевым эффектором

472
00:28:36,620 --> 00:28:38,930
корпуса.

473
00:28:38,950 --> 00:28:44,430
И как только у нас есть эти
соотношения, мы можем вычислить

474
00:28:44,450 --> 00:28:45,720
конечное соотношение.

475
00:28:45,740 --> 00:28:50,340
У нас есть локальные соотношения
между последовательными участками,

476
00:28:50,360 --> 00:28:53,510
и мы можем найти
локальное преобразование.

477
00:28:53,530 --> 00:28:57,290
Теперь, когда мы знаем геометрию —
то есть, мы знаем, где находится

478
00:28:57,310 --> 00:29:00,170
концевой эффектор,
и каждое звено по отношению к

479
00:29:00,190 --> 00:29:04,860
другим, мы можем использовать это,
чтобы создать

480
00:29:04,880 --> 00:29:09,010
описание второй важной характеристики в

481
00:29:09,030 --> 00:29:14,400
кинематике — скорости, то есть,
как быстро вещи

482
00:29:14,420 --> 00:29:16,320
перемещяются по отношению друг к другу.

483
00:29:16,340 --> 00:29:20,530
Нам нужно рассмотреть два нюанса:
не только линейную скорость

484
00:29:20,550 --> 00:29:23,620
концевого эффектора,
но и угловую скорость

485
00:29:23,640 --> 00:29:25,060
его поворота.

486
00:29:25,080 --> 00:29:29,060
Мы рассмотрим различные
скорости — линейные,

487
00:29:29,080 --> 00:29:35,050
угловые скорости — с помощью
которых мы увидим двойственность

488
00:29:35,070 --> 00:29:39,760
соотношений между крутящим
моментом, приложенным

489
00:29:39,780 --> 00:29:44,260
к сочленениям и результирующей
силойна концевом эффекторе.

490
00:29:44,280 --> 00:29:46,790
Линейные силы.

491
00:29:46,810 --> 00:29:49,680
Силы связаны с линейным движением.

492
00:29:49,700 --> 00:29:54,290
Движение, крутящие моменты
связаны с угловым движением.

493
00:29:54,310 --> 00:29:59,170
Двойственность, которую вносит
этот якобиан: модель,

494
00:29:59,190 --> 00:30:05,250
описывающая скорости,
играет две роли: одна —

495
00:30:05,270 --> 00:30:08,450
нахождение соотношения между
скоростями сочленений и концевого

496
00:30:08,470 --> 00:30:11,620
эффектора, и другая — нахождение
связи между силами,

497
00:30:11,640 --> 00:30:17,120
приложенными к оборудованию
и крутящим моментом, приложенным

498
00:30:17,140 --> 00:30:18,220
к двигателям.

499
00:30:18,240 --> 00:30:21,200
Якобиан играет очень,
очень важную роль,

500
00:30:21,220 --> 00:30:25,360
и мы потратим некоторое время на
обсуждение якобиана и поиска путей

501
00:30:25,380 --> 00:30:27,880
его получения.

502
00:30:27,900 --> 00:30:32,400
Якобиан описывает вектор «V»,

503
00:30:32,420 --> 00:30:36,280
линейную скорость, омега-вектор,
угловую скорость,

504
00:30:36,300 --> 00:30:41,880
и он соотносит данные скорости
со скоростями сочленений.

505
00:30:41,900 --> 00:30:45,960
Таким образом, Якобиан дает
линейную

506
00:30:45,980 --> 00:30:48,200
и угловую скорости.

507
00:30:48,220 --> 00:30:55,780
Мы увидим, что этот якобиан

508
00:30:55,800 --> 00:31:00,970
связан с тем, для чего
разрабатывались оси этого робота.

509
00:31:00,990 --> 00:31:04,820
И как только вы поняли эту модель,
вы сможете

510
00:31:04,840 --> 00:31:08,930
посмотреть на робота и увидеть
якобиан автоматически.

511
00:31:08,950 --> 00:31:12,200
Вы смотрите на машину,
и видите модель в явном виде,

512
00:31:12,220 --> 00:31:16,900
которую мы будем разрабатывать
для вычисления

513
00:31:16,920 --> 00:31:20,400
линейных и угловых скоростей через

514
00:31:20,420 --> 00:31:26,170
анализ вклада каждой оси в конечное

515
00:31:26,190 --> 00:31:28,870
значение скорости.

516
00:31:28,890 --> 00:31:34,070
Мы будем также обсуждать
обратную кинематику, хотя мы

517
00:31:34,090 --> 00:31:38,530
не собираемся широко её
использовать, как это делается в

518
00:31:38,550 --> 00:31:39,860
промышленной робототехнике.

519
00:31:39,880 --> 00:31:40,930
Мы будем использовать...

520
00:31:40,950 --> 00:31:44,930
Мы рассмотрим обратную
кинематику и посмотрим на

521
00:31:44,950 --> 00:31:46,270
трудности в перспективе

522
00:31:46,290 --> 00:31:50,760
множественности решений
и их существования,

523
00:31:50,780 --> 00:31:55,560
и изучим различные методы поиска

524
00:31:55,580 --> 00:31:57,200
этих решений.

525
00:31:57,220 --> 00:32:01,950
Обратная кинематика это то,
как я нахожу определенные

526
00:32:01,970 --> 00:32:03,570
конфигурации, соответствующие

527
00:32:03,590 --> 00:32:07,580
желаемому конечному положению
эффектора и его ориентации.

528
00:32:07,600 --> 00:32:12,020
И с помощью этих решений,
мы можем осуществить

529
00:32:12,040 --> 00:32:17,730
интерполяцию между точкой, где робот
находится сейчас и заданной точкой,

530
00:32:17,750 --> 00:32:21,480
а затем узнаем, как переместить
робота к конечной конфигурации

531
00:32:21,500 --> 00:32:26,040
с помощью траекторий,
плавных и в скорости

532
00:32:26,060 --> 00:32:30,260
и в ускорении и других ограничений,
которые мы могли бы наложить

533
00:32:30,280 --> 00:32:34,310
на создание траекторий,
как в общем пространстве,

534
00:32:34,330 --> 00:32:36,860
так и в декартовой системе координат.

535
00:32:36,880 --> 00:32:37,880
Так.

536
00:32:37,460 --> 00:32:41,640
О, я возвращаюсь.

537
00:32:41,660 --> 00:32:45,250
Это приведет к решению в плавных
траекториях, которое можно

538
00:32:45,270 --> 00:32:50,830
получить с помощью точек,
которые введут верхний предел

539
00:32:50,850 --> 00:32:55,150
скорости или ускорения
и к решению всего этого

540
00:32:55,170 --> 00:32:59,920
путем нахождения интерполяции
между различными точками.

541
00:32:59,940 --> 00:33:03,560
И это приведет нас к промежуточному
экзамену, который будет

542
00:33:03,580 --> 00:33:07,170
в среду, 13-го февраля.

543
00:33:07,190 --> 00:33:08,690
Это не пятница 13-е.

544
00:33:07,310 --> 00:33:08,310
Это среда.

545
00:33:08,310 --> 00:33:11,240
Так что не стоит беспокоиться.

546
00:33:11,260 --> 00:33:16,250
И это будет в классе, в течение того же

547
00:33:16,270 --> 00:33:17,270
графика.

548
00:33:17,270 --> 00:33:22,280
Ну а теперь, времени мало, и

549
00:33:22,300 --> 00:33:30,450
вам придется быть готовым к тому,
что нужно будет

550
00:33:30,470 --> 00:33:33,980
не искать решение проблемы, а начать

551
00:33:34,000 --> 00:33:35,000
работать над ней.

552
00:33:35,000 --> 00:33:38,150
Поэтому обзорные сессии
очень важны для

553
00:33:38,170 --> 00:33:41,790
подготовки к промежуточному
экзамену, чтобы убедиться, что вы

554
00:33:41,810 --> 00:33:47,370
способны решить все проблемы,
хотя мы удостоверимся

555
00:33:47,390 --> 00:33:51,440
что размер проблемы устанавливает
временные ограничения,

556
00:33:51,460 --> 00:33:53,820
которые мы рассмотрим ближе к середине.

557
00:33:53,840 --> 00:33:58,960
Во второй части мы начнем
рассматривать динамику,

558
00:33:58,980 --> 00:34:01,020
управление и другие темы.

559
00:34:01,040 --> 00:34:04,780
И первое, то, что нам
нужно сделать, это...

560
00:34:04,800 --> 00:34:07,710
Я не самонадеян.

561
00:34:07,730 --> 00:34:12,560
Я не уверен, кто из вас инженеры-механики.

562
00:34:12,580 --> 00:34:16,570
Давайте узнаем, сколько
инженеров-механиков в классе?

563
00:34:16,590 --> 00:34:17,600
Хорошо.

564
00:34:17,620 --> 00:34:19,929
А сколько CS? [Computer Science]

565
00:34:19,949 --> 00:34:24,989
Вау! Это похоже на правду.

566
00:34:25,010 --> 00:34:29,699
Половина класса знакома с некоторыми

567
00:34:29,719 --> 00:34:32,870
физическими моделями,
которые мы будем осваивать,

568
00:34:32,889 --> 00:34:34,330
а некоторые не знакомы.

569
00:34:34,350 --> 00:34:38,320
Но я собираюсь предположить,
что на самом деле у каждого здесь нет

570
00:34:38,340 --> 00:34:42,219
знаний динамики, или управления,
или кинематики,

571
00:34:42,239 --> 00:34:46,219
и я начну с основного фундамента.

572
00:34:46,239 --> 00:34:49,489
Так что вы не должны беспокоиться
о том, что у вас нет

573
00:34:49,429 --> 00:34:51,630
сильной базы в этих областях.

574
00:34:51,650 --> 00:34:53,989
Мы рассмотрим их с самого начала.

575
00:34:54,010 --> 00:34:57,120
Начнем с того, что такое инерция?

576
00:34:57,139 --> 00:34:58,140
Что это?

577
00:34:58,140 --> 00:35:00,760
Как мы описываем ускорения?

578
00:35:00,780 --> 00:35:04,210
И тогда мы поймем, что такое
динамика, что вполне

579
00:35:04,230 --> 00:35:05,420
просто.

580
00:35:05,440 --> 00:35:12,130
Кто-нибудь напомнит уравнение Ньютона?

581
00:35:12,150 --> 00:35:13,150
Давайте разберемся.

582
00:35:13,150 --> 00:35:21,520
Какова связь между силами и ускорениями?

583
00:35:21,540 --> 00:35:26,870
Вы должны знать это, каждый из вас.
(Смех) Хорошо, мне нужно

584
00:35:26,890 --> 00:35:27,890
это услышать.

585
00:35:27,890 --> 00:35:28,890
Кто-нибудь, скажите мне.

586
00:35:28,610 --> 00:35:29,610
Окей, хорошо.

587
00:35:28,790 --> 00:35:32,900
Масса и ускорение эквивалентны силе.

588
00:35:32,920 --> 00:35:35,520
Это все, что вам нужно знать.

589
00:35:35,540 --> 00:35:40,320
Если вы знаете, как одна частица
движется под

590
00:35:40,340 --> 00:35:44,230
действием силы, то вы сможете
обобщить это

591
00:35:44,250 --> 00:35:48,420
для многих частиц, скрепленных
в твердом теле, и тогда мы поместим их

592
00:35:48,440 --> 00:35:52,350
в структуру, которая приведет нас
к мульти-системе,

593
00:35:52,370 --> 00:35:54,330
интегрированной мульти-системе тела.

594
00:35:54,350 --> 00:35:58,460
Мы разберем это без труда,
я надеюсь.

595
00:35:58,480 --> 00:36:01,790
Результат весьма интересен.

596
00:36:01,810 --> 00:36:03,870
Это робот.

597
00:36:03,890 --> 00:36:10,520
Робот, управляемый не моторами в

598
00:36:10,540 --> 00:36:12,600
суставах, а с помощью кабелей.

599
00:36:12,620 --> 00:36:16,790
Активная часть робота
располагается отсюда

600
00:36:16,810 --> 00:36:22,050
и до сюда, вы видите все двигатели
и систему тросов-приводов

601
00:36:22,070 --> 00:36:24,630
находящуюся справа.

602
00:36:24,650 --> 00:36:28,110
Теперь, если вы раздумываете
над динамикой этого робота,

603
00:36:28,130 --> 00:36:29,350
она получится очень сложной.

604
00:36:29,370 --> 00:36:31,610
Посмотрите на неё.

605
00:36:31,630 --> 00:36:35,020
Это робот, и у вас есть некоторые

606
00:36:35,040 --> 00:36:36,040
его описания.

607
00:36:36,040 --> 00:36:37,760
Подождите, вы, вероятно,
ничего не видите.

608
00:36:37,780 --> 00:36:41,810
Но у вас есть все описания.

609
00:36:41,830 --> 00:36:47,950
Например, какова инерция
у первого сочленения,

610
00:36:47,970 --> 00:36:48,970
когда вы двигаетесь?

611
00:36:48,970 --> 00:36:52,140
Эта инерция меняется
по мере движения.

612
00:36:52,160 --> 00:36:58,260
Представьте, если я учитываю
инерцию выше этой оси,

613
00:36:58,280 --> 00:36:59,280
правильно?

614
00:36:59,280 --> 00:37:05,020
Если я разгибаю руку, инерция будет
увеличиваться.

615
00:37:05,040 --> 00:37:08,040
Если я согну руку вот так,
то инертность выше этой оси

616
00:37:07,930 --> 00:37:09,900
будет меньше.

617
00:37:09,920 --> 00:37:11,970
Большая инерция, меньшая инерция.

618
00:37:11,990 --> 00:37:12,990
Таким образом, структура.

619
00:37:12,580 --> 00:37:16,660
Вид инерции сустава
будет зависеть от

620
00:37:16,680 --> 00:37:19,040
структуры самого сустава.

621
00:37:19,060 --> 00:37:23,570
И мы увидим, что все это будет

622
00:37:23,590 --> 00:37:29,060
естественно вытекать из уравнений,
которые будут созданы из

623
00:37:29,080 --> 00:37:30,390
мульти-системы тел.

624
00:37:30,410 --> 00:37:37,290
Мы будем использовать для этого
очень простое

625
00:37:37,310 --> 00:37:41,660
описание, которое позволит вам
взглянуть на

626
00:37:41,680 --> 00:37:48,190
робота и сказать «О, это динамические

627
00:37:48,210 --> 00:37:49,940
характеристики данного сустава».

628
00:37:49,960 --> 00:37:56,380
И вы можете почти увидеть силы
взаимодействия между этими

629
00:37:56,400 --> 00:38:01,780
суставами в визуальной форме,
что зависит от

630
00:38:01,800 --> 00:38:05,640
осей вращения и всех
преобразований робота.

631
00:38:05,660 --> 00:38:08,900
И это получится из явного вида
динамики, которую мы

632
00:38:08,920 --> 00:38:09,920
будем рассматривать.

633
00:38:09,920 --> 00:38:15,730
Это представление является абстрактным

634
00:38:15,750 --> 00:38:18,680
описанием того,
что мы будем делать с якобианом.

635
00:38:18,700 --> 00:38:22,080
В случае с якобианом,
мы будем принимать описание,

636
00:38:22,100 --> 00:38:26,430
основанное на вкладе
каждого сустава в общую

637
00:38:26,450 --> 00:38:28,790
скорость, и мы будем делать то же самое.

638
00:38:28,810 --> 00:38:33,020
Каков вклад каждого звена
в полученную в результате

639
00:38:33,040 --> 00:38:34,240
силу инерции?

640
00:38:34,260 --> 00:38:38,110
Поэтому, когда мы будем что-то
делать, мы будем смотреть на вклад

641
00:38:38,130 --> 00:38:42,520
этого звена и относящихся к нему
связей и на вклад

642
00:38:42,540 --> 00:38:43,540
других частей.

643
00:38:43,540 --> 00:38:46,940
Мы соберем их вместе,
и вы увидите эту структуру,

644
00:38:46,960 --> 00:38:49,870
работающую целиком.

645
00:38:49,890 --> 00:38:54,230
Это совсем не так, как Ньютон и

646
00:38:54,250 --> 00:39:00,090
Эйлер формализовали динамику,
опирающуюся на тот факт, что

647
00:39:00,110 --> 00:39:06,290
мы берем каждое из этих жёстких тел
и соединяем их

648
00:39:06,310 --> 00:39:07,550
через силы реакции.

649
00:39:07,570 --> 00:39:11,250
Так что если вы возьмете все связи
и удалите звенья,

650
00:39:11,270 --> 00:39:12,270
вы получите одну связь.

651
00:39:12,270 --> 00:39:20,110
Но когда вы удаляете звено,
вы заменяете удаление

652
00:39:20,130 --> 00:39:24,850
силами реакции, а затем
вы можете изучить

653
00:39:24,870 --> 00:39:27,650
все эти силы реакции и попытаться
найти связь

654
00:39:27,670 --> 00:39:30,040
между силой и ускорением.

655
00:39:30,060 --> 00:39:33,950
Этот путь называется
рекурсивной формулировкой

656
00:39:33,970 --> 00:39:40,840
Ньютона-Эйлера,
она требует устранения

657
00:39:40,860 --> 00:39:45,880
внутренних сил и сил контакта

658
00:39:45,900 --> 00:39:48,100
между различными твёрдыми телами.

659
00:39:48,120 --> 00:39:53,700
И вместо этого мы подойдем к скоростям,

660
00:39:53,720 --> 00:40:00,220
и будем рассматривать энергию,
связанную с движением

661
00:40:00,240 --> 00:40:01,800
этих жёстких тел.

662
00:40:01,820 --> 00:40:06,360
Так что у вас есть скорость «V»
и омега [угловая скорость] в центре масс,

663
00:40:06,380 --> 00:40:10,300
и вы можете записать кинетическую энергию,
связанную


664
00:40:14,250 --> 00:40:16,100
телами

665
00:40:10,300 --> 00:40:14,250
с этой массой и инерцией, связанной с жёсткими

666
00:40:16,100 --> 00:40:20,862
И просто добавив кинетическую энергию
этих различных

667
00:40:20,862 --> 00:40:26,300
связей, вы получите полную
кинетическую энергию системы.

668
00:40:26,300 --> 00:40:31,766
Принимая эти скорости и используя якобиан

669
00:40:31,766 --> 00:40:34,620
соотношений для скоростей,
чтобы подключить их

670
00:40:34,688 --> 00:40:39,030
к общим скоростям звеньев, вы сможете
получить основные свойства массы

671
00:40:39,050 --> 00:40:40,050
робота.

672
00:40:40,050 --> 00:40:44,150
Таким образом, массовые показатели
получат очень простую форму

673
00:40:44,170 --> 00:40:45,170
Якобиана.

674
00:40:45,170 --> 00:40:49,530
Поэтому я буду настаивать
на вашем понимании

675
00:40:49,550 --> 00:40:50,550
Якобиана.

676
00:40:50,550 --> 00:40:54,160
Как только вы осознаете Якобиан,
вы сможете масштабировать его

677
00:40:54,180 --> 00:40:57,870
с помощью масс и инерций
и получить свою динамику.

678
00:40:57,890 --> 00:41:03,530
Динамика будет становится проще после

679
00:41:03,550 --> 00:41:07,890
середины курса, и вы поймете,
что же такое Якобиан.

680
00:41:07,910 --> 00:41:08,910
Динамика.

681
00:41:08,910 --> 00:41:12,560
Характеристики массы,
связанные с динамикой системы,

682
00:41:12,580 --> 00:41:18,060
выводятся при взгляде на сумму вкладов

683
00:41:18,080 --> 00:41:22,150
скорости центра масс и Якобиана,
связанного

684
00:41:22,170 --> 00:41:24,170
с центром масс.

685
00:41:24,170 --> 00:41:27,100
Что касается управления...

686
00:41:27,120 --> 00:41:32,130
Я предположу, что есть
небольшое фоновое управление.

687
00:41:32,150 --> 00:41:37,800
Мы выберем одну систему масс

688
00:41:37,820 --> 00:41:43,070
и проанализируем её, а затем рассмотрим
контроллеры, такие как ПД-контроллеры

689
00:41:43,090 --> 00:41:46,780
ПИД-контроллеры,
пропорционально-дифференцирующие или

690
00:41:46,800 --> 00:41:50,570
пропорционально-интегрально-
дифференцирующие, а затем применим их

691
00:41:50,590 --> 00:41:57,040
к нашему пространству и к пространству
задачи путем дополнения контроллеров

692
00:41:57,060 --> 00:42:00,730
динамической структурой, 
которую мы учитываем в

693
00:42:00,750 --> 00:42:03,480
динамике, при управлении роботом.

694
00:42:03,500 --> 00:42:10,860
И это приведет к очень интересному анализу

695
00:42:10,880 --> 00:42:14,890
динамики и ее влияния на поведение

696
00:42:14,910 --> 00:42:16,020
робота.

697
00:42:16,040 --> 00:42:20,150
И вы видите, что уравнения движения
для двух степеней

698
00:42:20,170 --> 00:42:24,500
свободы может быть
двумя уравнениями с участием

699
00:42:24,520 --> 00:42:27,990
не только ускорения сустава,
но и ускорения

700
00:42:28,010 --> 00:42:31,980
следующего соединения, скорости,
центробежной силы, силы Кориолиса

701
00:42:32,000 --> 00:42:33,660
и силы тяжести.

702
00:42:33,680 --> 00:42:39,010
И все это будет иметь динамический эффект,

703
00:42:39,030 --> 00:42:41,370
а также изменения в поведении.

704
00:42:41,390 --> 00:42:45,030
Но мы проанализируем структуру,
позволившую нам

705
00:42:45,050 --> 00:42:47,800
записать первый и второй крутящие моменты,
применяющиеся к

706
00:42:47,230 --> 00:42:52,485
двигателю, для моделирования поведения,

707
00:42:52,485 --> 00:42:55,780
позволяющего компенсировать эти эффекты.

708
00:42:55,800 --> 00:43:03,020
Все эти описания в общем пространстве — это

709
00:43:03,040 --> 00:43:07,830
описание крутящего момента
и движения в суставе.

710
00:43:07,850 --> 00:43:13,170
И мы видим, что в управлении роботами, мы

711
00:43:13,170 --> 00:43:18,406
можем сильно упростить проблему,

712
00:43:18,406 --> 00:43:23,620
рассматривая поведение робота
в перспективе его движения,

713
00:43:23,620 --> 00:43:27,480
когда он выполняет задачу — то есть,

714
00:43:27,480 --> 00:43:32,140
мы можем перейти к самой задаче, например,

715
00:43:32,140 --> 00:43:35,360
к задаче о перемещении руки

716
00:43:35,380 --> 00:43:40,020
в это положение, без сосредоточения
на движении каждой

717
00:43:40,020 --> 00:43:41,450
части.

718
00:43:41,450 --> 00:43:47,460
И эту концепцию можно разобрать,
если подумать об этом роботе так,

719
00:43:47,460 --> 00:43:51,721
как будто ему было сказано

720
00:43:51,721 --> 00:43:54,430
перейти к необходимой позиции.

721
00:43:54,430 --> 00:43:56,590
Это аналогично тому,
как это делает человек.

722
00:43:56,590 --> 00:43:59,250
Когда вы управляете своей рукой,
при движении к цели

723
00:43:59,250 --> 00:44:02,540
вы, визуально переводите руку

724
00:44:02,540 --> 00:44:03,620
к цели.

725
00:44:03,620 --> 00:44:06,670
Вы не думаете о том,
как двигаются суставы.

726
00:44:06,670 --> 00:44:11,340
Вы просто перемещаете руку,
применяя силу

727
00:44:11,340 --> 00:44:13,250
для этого действия.

728
00:44:13,250 --> 00:44:18,320
Это как удержание руки
и перемещение ее вниз к

729
00:44:18,320 --> 00:44:19,450
цели.

730
00:44:19,450 --> 00:44:25,170
И в начальной конфигурации,
у вас нет никаких условий

731
00:44:25,170 --> 00:44:28,160
об окончательной конфигурации руки.

732
00:44:28,160 --> 00:44:31,680
Вы просто применяете силу

733
00:44:31,680 --> 00:44:33,450
и движетесь в направлении цели.

734
00:44:33,450 --> 00:44:37,730
Так просто, создав градиент
потенциальной энергии,

735
00:44:37,730 --> 00:44:40,440
вы сможете перейти
к необходимой конфигурации.

736
00:44:40,440 --> 00:44:44,290
И это именно то, что мы видели на примере

737
00:44:44,290 --> 00:44:49,540
этого робота.

738
00:44:49,540 --> 00:44:53,720
Это движение, которое мы создали.

739
00:44:53,720 --> 00:44:58,970
Так что если мы собираемся переместить 
руку в это место,

740
00:44:58,970 --> 00:45:02,870
мы должны сгенерировать силу,
которая притянет нас, как магнит.

741
00:45:02,870 --> 00:45:06,220
Она будет тянуть руку к нужной конфигурации.

742
00:45:06,220 --> 00:45:08,410
В сложном случае,
у вас есть стоя́щий робот и

743
00:45:08,410 --> 00:45:12,473
В сложном случае,
у вас есть стоя́щий робот и

744
00:45:12,473 --> 00:45:13,780
он должен балансировать.

745
00:45:13,780 --> 00:45:15,800
Так что есть и другие вещи,
которые необходимо

746
00:45:15,800 --> 00:45:17,480
принять во внимание.

747
00:45:17,480 --> 00:45:21,250
И мы учтем потенциальные энергии

748
00:45:21,250 --> 00:45:24,630
остальной части тела, для баланса.

749
00:45:24,630 --> 00:45:30,480
Поэтому при возникновении силы
вы видите простое следование.

750
00:45:30,480 --> 00:45:31,910
Это как магнит.

751
00:45:31,910 --> 00:45:33,670
Он просто следует
к этой конфигурации.

752
00:45:33,670 --> 00:45:36,990
Тут нет вычисления итоговых позиций.

753
00:45:36,990 --> 00:45:42,210
Мы просто прикладываем
силу притяжения к цели.

754
00:45:42,210 --> 00:45:54,420
Мы можем применить её здесь,
тут, или в обоих местах.

755
00:45:54,420 --> 00:45:58,390
Теперь, если вы уберете моторы,
она исчезнет.

756
00:45:58,410 --> 00:46:04,800
Она ведет себя почти по-человечески,
в самом деле.

757
00:46:04,820 --> 00:46:10,760
Когда вы отрежете мышцы (смех).
На самом деле, это

758
00:46:10,760 --> 00:46:12,690
Забота об окружающей среде.

759
00:46:12,690 --> 00:46:14,160
Это довольно интересно.

760
00:46:14,160 --> 00:46:19,790
Вы можете не только перемещать
его к цели, но и

761
00:46:19,790 --> 00:46:23,280
потянуть его за волосы. (Смех).

762
00:46:23,280 --> 00:46:25,720
Вы можете тянуть в любом месте.

763
00:46:25,720 --> 00:46:31,850
Если я нажму здесь,
я рассчитаю прямую кинематику и

764
00:46:31,870 --> 00:46:33,040
Якобиан.

765
00:46:33,060 --> 00:46:38,720
И я применяю силу, которая сразу же

766
00:46:38,740 --> 00:46:43,050
производит другую, вычисленную по Якобиану

767
00:46:43,070 --> 00:46:46,370
и всё будет реагировать таким образом.

768
00:46:46,390 --> 00:46:49,800
Мы можем создать эти взаимодействия

769
00:46:49,820 --> 00:46:54,710
между графикой, кинематикой
и применить их к

770
00:46:54,710 --> 00:46:55,900
динамической системе.

771
00:46:55,900 --> 00:46:58,880
И всё моделируется на ноутбуке.

772
00:46:58,900 --> 00:47:00,840
Эта среда позволяет нам

773
00:47:00,840 --> 00:47:04,730
сделать много интересных моделей
человекоподобных

774
00:47:04,750 --> 00:47:09,150
конструкций.

775
00:47:09,170 --> 00:47:11,680
То есть, вы применяете силу,
и вы же её преобразуете.

776
00:47:11,700 --> 00:47:15,630
Связью между силами 
и крутящим моментом является

777
00:47:15,650 --> 00:47:19,070
тот же Якобиан, так что
он играет очень важную

778
00:47:19,070 --> 00:47:20,520
роль.

779
00:47:20,520 --> 00:47:23,730
И тогда всё, что нам нужно сделать
в компьютерной динамике — это

780
00:47:23,730 --> 00:47:27,820
понять взаимосвязь между силами,
приложенными к

781
00:47:27,820 --> 00:47:31,040
концевому эффектору и полученным
в результате ускорением.

782
00:47:31,040 --> 00:47:35,080
Когда мы говорили о законе Ньютона,
мы сказали, что

783
00:47:35,100 --> 00:47:39,370
масса и ускорение равны силе.

784
00:47:39,390 --> 00:47:41,680
И масса была скаляром.

785
00:47:41,700 --> 00:47:44,340
Но это система из нескольких тел.

786
00:47:44,360 --> 00:47:47,400
И масса будет записываться большой
буквой «М», массовым показателем.

787
00:47:47,420 --> 00:47:55,190
Соотношение между силами и ускорением не

788
00:47:55,210 --> 00:47:59,150
линейное — то есть, силы и ускорения
не выровнены

789
00:47:59,170 --> 00:48:01,920
из-за того, что у вас есть измерения.

790
00:48:01,940 --> 00:48:04,980
И из-за этого вам нужно установить связь

791
00:48:05,000 --> 00:48:06,230
между ними двумя.

792
00:48:06,250 --> 00:48:09,640
Как только у вас есть модель,
вы можете принять во внимание

793
00:48:09,660 --> 00:48:14,290
динамику ваших сил,
а затем выровнять силы,

794
00:48:14,310 --> 00:48:19,240
чтобы прийти в движение с верным

795
00:48:19,260 --> 00:48:20,260
ускорением.

796
00:48:20,260 --> 00:48:27,360
И, наконец, мы должны рассмотреть
проблему управления

797
00:48:27,380 --> 00:48:28,380
контактами.

798
00:48:28,380 --> 00:48:34,290
Когда вы движетесь в космосе,
это одно, но когда мы

799
00:48:34,310 --> 00:48:39,150
собираемся двигаться в контактном
пространстве, это совсем другое.

800
00:48:39,170 --> 00:48:41,790
Применяя эту силу, поставим

801
00:48:41,810 --> 00:48:45,740
ограничение для всей структуры,
и необходимо

802
00:48:45,760 --> 00:48:49,950
просчитать эти ограничения
и вычислить нормали для нахождения

803
00:48:49,970 --> 00:48:54,490
силы реакции, что необходимо для того,
чтобы контролировать силы, приложенные

804
00:48:54,510 --> 00:48:55,870
к окружающей среде.

805
00:48:55,870 --> 00:49:01,280
Таким образом,
мы должны контролировать силу

806
00:49:01,300 --> 00:49:06,130
и стабилизировать переход
от свободного пространства, к контактному

807
00:49:06,130 --> 00:49:09,090
так что, мы должны уметь
контролировать контактные

808
00:49:09,090 --> 00:49:10,720
силы при движении.

809
00:49:10,720 --> 00:49:12,280
И что хорошо,

810
00:49:12,280 --> 00:49:16,050
если вы сделаете это в декартовом пространстве
или в пространстве вашей задачи,

811
00:49:16,050 --> 00:49:21,880
вы сможете просто
объединить две силы вместе и

812
00:49:21,900 --> 00:49:27,700
управлять роботом напрямую,
чтобы произвести движение или контакт.

813
00:49:27,720 --> 00:49:31,860
Я упомянул,
что мы обсудим некоторые другие темы.

814
00:49:31,880 --> 00:49:36,290
Там будет приглашенный лектор,
который будет говорить о видении

815
00:49:36,310 --> 00:49:41,870
в робототехнике, и мы также обсудим
вопросы, касающиеся дизайна.

816
00:49:41,890 --> 00:49:45,090
Я хотел бы затронуть
некоторые вопросы, связанные с

817
00:49:45,090 --> 00:49:51,490
безопасностью и с внедрением роботов,
проходящим проще с использованием

818
00:49:51,510 --> 00:50:01,290
безопасных и гибких структур,
позволяющих работать

819
00:50:01,290 --> 00:50:02,970
в организме человека.

820
00:50:02,980 --> 00:50:08,380
Кроме того, нам нужно обсудить
планирование движения,

821
00:50:08,400 --> 00:50:11,450
особенно, если мы собираемся
использовать этих роботов

822
00:50:11,470 --> 00:50:14,140
совместно с человеком.

823
00:50:14,160 --> 00:50:17,730


824
00:50:17,750 --> 00:50:22,770
В этом видео вы можете увидеть,
как сложная роботизированная система

825
00:50:22,790 --> 00:50:27,810
реагирует на движущиеся
на неё препятствия.

826
00:50:27,830 --> 00:50:30,140
Она уходит от препятствий.

827
00:50:30,160 --> 00:50:35,560
Это просто сделать,
используя ту же концепцию,

828
00:50:35,580 --> 00:50:38,980
которую я описал для проведения
перемещения к цели.

829
00:50:39,000 --> 00:50:42,980
Я сказал, что мы можем создать
притягивающую потенциальную энергию.

830
00:50:43,000 --> 00:50:46,900
Для создания такого движения
мы создаем отталкивающую

831
00:50:46,920 --> 00:50:48,480
потенциальную энергию.

832
00:50:48,500 --> 00:50:53,010
Если вы положите два магнита север к северу,
они будут отталкиваться,

833
00:50:53,010 --> 00:50:54,960
и это именно то,
что здесь происходит.

834
00:50:54,980 --> 00:50:59,030
Мы искусственно создаем силы, заставляющие

835
00:50:59,050 --> 00:51:00,800
робота отодвинуться.

836
00:51:00,820 --> 00:51:07,010
Если у вас есть глобальный план,
вам придется продумать его целиком,

837
00:51:07,030 --> 00:51:10,500
чтобы не достигнуть локальных минимумов,

838
00:51:10,520 --> 00:51:14,460
и затем применить эту технику,
чтобы изменить все промежуточные

839
00:51:14,480 --> 00:51:18,740
конфигурации, так что робот,
например, этот, будет двигаться

840
00:51:18,760 --> 00:51:22,470
к цели по вашему плану.

841
00:51:22,490 --> 00:51:25,950
И когда препятствие или среда изменится,

842
00:51:25,970 --> 00:51:29,690
траектория тоже изменяется,
рука движется, и все это

843
00:51:29,710 --> 00:51:36,810
происходит в реальном времени,
что удивительно для робота с

844
00:51:36,830 --> 00:51:39,140
таким числом степеней свободы.

845
00:51:39,160 --> 00:51:40,730


846
00:51:40,750 --> 00:51:43,940
Я не уверен, знакомы ли вы с этой проблемой.

847
00:51:43,960 --> 00:51:45,490


848
00:51:45,510 --> 00:51:50,510
Проблема планирования движения
в робототехнике является

849
00:51:50,530 --> 00:51:52,250
экспоненциальной по
числу степеней свободы.

850
00:51:52,270 --> 00:51:57,730
Если вы хотите перепланировать движение,
когда одно препятствие

851
00:51:57,750 --> 00:52:02,500
переместилось, это может занять несколько
часов, если у вас больше число

852
00:52:02,520 --> 00:52:03,520
степеней свободы.

853
00:52:03,530 --> 00:52:08,260
Здесь мы можем сделать это
довольно быстро, потому что мы

854
00:52:08,280 --> 00:52:12,890
используем структуру и концепцию

855
00:52:12,910 --> 00:52:18,230
сил отталкивания, которые модифицируют
будущие конфигурации

856
00:52:18,250 --> 00:52:19,440
и соединяют их.

857
00:52:19,460 --> 00:52:24,970
Это пример, показывающий Индиану Джонса,
преодолевающего

858
00:52:24,990 --> 00:52:29,940
движущиеся препятствия
(в режиме реального времени).

859
00:52:29,960 --> 00:52:40,070
движущиеся препятствия
(в режиме реального времени).

860
00:52:40,090 --> 00:52:47,950
Эти вычисления происходят
в режиме реального времени

861
00:52:47,970 --> 00:52:50,500
потому что мы используем
первоначальную структуру

862
00:52:50,520 --> 00:52:54,940
и постепенно изменяем все конфигурации.

863
00:52:54,960 --> 00:53:01,380
Еще одна тема, которую я упоминал
чуть раньше — это

864
00:53:01,400 --> 00:53:05,080
цифровое моделирование человека.

865
00:53:05,100 --> 00:53:06,980
Изучение человека

866
00:53:07,000 --> 00:53:12,050
очень интересно и привлекательно
в задаче создания

867
00:53:12,070 --> 00:53:14,930
способа управления роботом,
а также понимания человеческого

868
00:53:14,950 --> 00:53:15,950
движения.

869
00:53:15,950 --> 00:53:20,490
Сейчас мы моделируем движение Тай Чи

870
00:53:20,510 --> 00:53:24,610
и пытаемся проанализировать эти движения.

871
00:53:24,630 --> 00:53:28,830
Таким образом, вы можете перейти
от захвата движения к копированию

872
00:53:28,850 --> 00:53:30,080
движения роботом.

873
00:53:30,100 --> 00:53:33,280
В конце концов у вас останется
только один пример

874
00:53:33,300 --> 00:53:34,910
движения.

875
00:53:34,930 --> 00:53:39,740
Вопрос заключается в том, как можно
обобщить несколько, а не только одно

876
00:53:39,760 --> 00:53:40,950
определенное движение.

877
00:53:40,970 --> 00:53:44,220
Чтобы сделать это, 
необходимо зафиксировать

878
00:53:44,220 --> 00:53:47,900
движение человека
и отобразить его не на робота,

879
00:53:47,920 --> 00:53:51,030
а на модель человека.

880
00:53:51,050 --> 00:53:54,910
Так что вам нужно
моделировать человека

881
00:53:54,930 --> 00:53:57,680
и это включает в себя
моделирование скелетной системы.

882
00:53:57,700 --> 00:54:01,160
Мы поработали над этой проблемой,
так что теперь мы имеем

883
00:54:01,180 --> 00:54:04,360
новый вид робота с большим
количеством степеней свободы,

884
00:54:04,380 --> 00:54:08,100
около 79 степеней свободы.

885
00:54:08,100 --> 00:54:11,120
И это моделируется с помощью той же модели

886
00:54:11,120 --> 00:54:12,660
кинематики и динамики.

887
00:54:12,680 --> 00:54:17,620
И тогда вы можете смоделировать действие,
которое мышцы сейчас производят,

888
00:54:17,640 --> 00:54:20,660
и исходя из этого вы можете
узнать много вещей

889
00:54:20,680 --> 00:54:21,680
о модели.

890
00:54:21,680 --> 00:54:23,480
И теперь вы можете

891
00:54:23,500 --> 00:54:24,920
управлять им.

892
00:54:24,940 --> 00:54:26,410
Это синтезированное движение.

893
00:54:26,430 --> 00:54:28,070
Вы понимаете, как это работает.

894
00:54:28,070 --> 00:54:31,590
Вы обозначили задачу,
а затем необходимо соблюсти баланс

895
00:54:31,610 --> 00:54:38,600
в минимизации количества

896
00:54:38,620 --> 00:54:42,530
степеней свободы.

897
00:54:42,550 --> 00:54:45,320
И тогда вы можете взять эти
характеристики и сопоставить их

898
00:54:45,340 --> 00:54:49,190
с роботом, масштабировать их к роботу
— скопировать не траектории,

899
00:54:49,210 --> 00:54:50,990
а характеристики движения.

900
00:54:51,010 --> 00:54:54,380
Это довольно интересно.

901
00:54:54,400 --> 00:54:58,540
Мы будем обсуждать некоторые
моменты относительно осязания.

902
00:54:58,560 --> 00:55:02,150
Это будет развито
в «Advanced Robotics» позже,

903
00:55:02,170 --> 00:55:08,290
весной, но осязание очень важно,
особенно во взаимодействии

904
00:55:08,310 --> 00:55:10,120
с окружающей средой — реальной,
физической

905
00:55:10,140 --> 00:55:11,140
окружающей средой.

906
00:55:11,140 --> 00:55:12,880
Итак, вы берёте и контактируете.

907
00:55:12,900 --> 00:55:15,400
И теперь у вас есть информация,
которая позволяет реконструировать

908
00:55:15,350 --> 00:55:23,600
поверхность и отстраниться
от описаний того, к чему вы

909
00:55:23,620 --> 00:55:30,630
прикасаетесь и какие нормали у вас есть.

910
00:55:30,650 --> 00:55:38,510
Прикосновения. (Смех).
Довольно удивительно.

911
00:55:38,530 --> 00:55:42,330
Удивительно, что это делается
в масштабе реального времени.

912
00:55:42,350 --> 00:55:47,320
Кто-то из автомобильной
промышленности был у нас в гостях

913
00:55:47,340 --> 00:55:51,970
и сказал: теперь у вас есть модель
скелетных систем и хорошие

914
00:55:51,990 --> 00:55:53,840
модели для просчета контакта.

915
00:55:53,860 --> 00:55:58,300
Почему бы не использовать их для аварий
вместо использования манекенов,

916
00:55:58,320 --> 00:55:59,490
правильно?

917
00:55:59,510 --> 00:56:01,300
Смотрите.

918
00:56:03,730 --> 00:56:04,430
Упс.

919
00:56:04,450 --> 00:56:07,390
Это просто модель.

920
00:56:07,410 --> 00:56:14,000
Ну, есть ещё много чего
для обсуждения, но я

921
00:56:14,020 --> 00:56:16,530
упомяну кое-что об
интерактивности также,

922
00:56:16,550 --> 00:56:20,500
как с препятствиями, и что мы
можем с этим сделать, а затем

923
00:56:20,520 --> 00:56:27,140
сочетание способов движения - ходьбу
с манипуляциями и динамичные

924
00:56:27,160 --> 00:56:32,810
способы, такие как прыжки,
приземления и другие вещи.

925
00:56:32,830 --> 00:56:37,130
Итак, что здесь происходит?

926
00:56:37,150 --> 00:56:41,240
Хорошо, это другая планета.

927
00:56:41,260 --> 00:56:42,510
Я собираюсь...

928
00:56:42,130 --> 00:56:48,050
Хорошо, и это приведет нас к завершению,
которое придется на

929
00:56:48,070 --> 00:56:52,150
пятницу, 21 марта.

930
00:56:52,170 --> 00:56:54,310
И в другое время.

931
00:56:54,330 --> 00:56:55,790
Это будет в 12:15.

932
00:56:55,790 --> 00:57:02,010
Мы объявим это, и, надеюсь,
перед этим у нас снова будет

933
00:57:02,030 --> 00:57:04,290
обзорная сессия.

934
00:57:04,310 --> 00:57:06,240
Именно по расписанию.

935
00:57:06,260 --> 00:57:10,300
В этом обзоре мы рассмотрим
предыдущие результаты и

936
00:57:10,320 --> 00:57:16,630
у вас будет достаточно времени,
чтобы решить некоторые проблемы.

937
00:57:16,650 --> 00:57:20,330
Кстати, не всё,
что вы видите в симуляции

938
00:57:20,350 --> 00:57:22,730
подходит для реального мира.

939
00:57:22,750 --> 00:57:27,070
Посмотрите, сколько лыжников у нас здесь?

940
00:57:27,090 --> 00:57:29,380
Лыжники.

941
00:57:29,400 --> 00:57:31,640
Это все?

942
00:57:31,660 --> 00:57:33,500


943
00:57:33,500 --> 00:57:34,840
Хорошо.

944
00:57:34,840 --> 00:57:38,590
Хорошо.

945
00:57:38,590 --> 00:57:39,440
Это лыжи?

946
00:57:39,460 --> 00:57:45,560
Давайте рассмотрим лыжи.

947
00:57:50,260 --> 00:57:52,960
Ладно, не будем это делать.
(Смех).

948
00:57:52,960 --> 00:57:58,900
Увидимся в понедельник. Всего хорошего.

949
99:59:59,999 --> 99:59:59,999