DARPA系列之DRC机器人挑战大赛

发表于 2016-3-29 15:00

本帖最后由希弦于 2016-3-29 15:04 编辑

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DARPA ROBOTICS CHALLENGE

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2004年DARPA发起了DARPA Grand Challenge（DARPA大挑战赛），旨在推送自动驾驶无人车技术的发展。在2004年、2005年后的2007年的第三届挑战赛上，赛道的背景放在了更为复杂的城市环境里，也因此被称为都市挑战赛（2007 Urban Challenge）。而后，DARPA在2012年发起了DARPA Robotics Challenge（DRC）。
http://t.cn/Rq7sjA0【视频链接】

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DARPA给出的机器人性能的评判标准。
促使DARPA发起DARPA机器人挑战赛的动因是，2011年福岛地震后的核泄漏事故。在福岛核事故中，美日的机器人团队都曾尝试过机器人的救援活动，但结果都不尽如意。传统的或者已经成熟应用的机器人都是履带式的，不便于通过建筑中的楼梯和多道门，也难以操作阀门、开关、线缆等专为人类设计的机构。所以DARPA希望通过DRC来鼓励新式机器人的研发，以期在不久的将来能够使用机器人来替代或辅助人类进行灾难救援。

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所以DRC在赛事任务的设置上围绕着这种救援需求来展开，分为八项任务来评估参赛机器人的效能，以及根据机器人完成任务的情况进行评分。按照DRC决赛中赛事先后流程展开的八项任务包括：驾车通过公路抵达任务区、自主下车、打开房门、关闭阀门、借助工具在木墙上开洞、“意外任务”、通过坍塌物散落的地面、登上楼梯。

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DRC从启动到最终决赛，历时将近三年时间，有着20余个顶尖科研团队及其研发的参加。如图，这些机器人研发团队的4种参赛类型，大致是有无DARPA的资金支持（除了DARPA的资金支持，像日本、韩国、欧盟的参赛团队还有着政府的资金鼎力支持），硬件上是选择自主研发还是使用DARPA提供的官配的波士顿动力的Atlas。DRC的流程，先是最初的VRC（虚拟机器人挑战赛），这算是DRC的入场券，参赛的机器人团队才能获得DARPA提供的Atlas官配硬件。而后是在2013年12月举行的选拔赛，最终便是去年6月5日6日的决赛。

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2013年12月20- 21日，DRC的选拔赛在佛罗里达州迈阿密市举行，这次DRC的选拔赛有16个研发团队和机器人参加。DRC的选拔赛上，任务的设置与上述的DRC决赛差异不大，只是任务的先后有所调整，而“意外任务”是水管的连接。最终，日本Schaft公司研制的HRP2-TOKYO机器人夺得这次选拔赛的冠军，机器人挑战赛的冠军。佛罗里达人类与机械认知研究所的ihmc以20分的得分居亚军，卡内基梅隆大学的Tartan Rescue的机器人CHIMP以18分的总得分居季军。

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2016-3-29 14:41 上传

冠军的Schaft公司，在DRC选拔赛前的10月已被谷歌收购（赛事前的12月10日，谷歌又将波士顿动力收入旗下）。在这次选拔赛中，Schaft的HRP2-TOKYO是没有DARPA资金和硬件的全程独立研发，技术上较于其他颇为关键的没有使用液压系统，而是水冷电机和急速放电的电池。后来在决赛中夺冠的韩国的KAIST团队的Hubo身上也采用了这两项技术。HRP2-TOKYO是在DRC选拔赛上的表现堪称惊艳，8个任务中除了下车和开门的两个任务外的6个都获得了满分。亚军，佛罗里达的ihmc是在官配的波士顿动力Atlas基础上开发的。

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历经选拔赛后，最后DARPA官方公布的有资格参加DRC决赛的总共是25支队伍，美国以外的参赛队伍包括2支德国队、1支意大利队、3支韩国队、5支日本队和2支中国队。这2支中国队，一个是来自香港大学的队伍，另外一个中科院的一支队伍。中科院的这支参赛队伍应该就是位于常州的“中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所”（江苏省产业技术研究院机器人与智能装备研究所），不过在5月DRC官网上发布了中科院队伍的退赛声明。

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DRC官网官网上的退赛声明，参赛机器人的名字Xing Tian（刑天？）。重量上说，相对于美国的，是与日韩的类似的“轻量流”。

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2016-3-29 14:37 上传

最终在洛杉矶东部的小城Ponoma举行的DRC决赛上，前三名的韩国KAIST团队的Hubo、佛罗里达的ihmc、卡耐基梅隆大学的CHIMP，分别获得200万、100万和50万美金的奖金。德国的 NIMBRO RESCUE团队、NASA喷气推进实验室的Robo Smian机器人获得第4和第5名。
http://t.cn/RqZ72Dp【视频链接】
在DRC的官方页面上并未找到冠军韩国KAIST团队Hubo机器人的赛场记录视频。只有这段宣传视频，不过通过这个视频一方面是Hubo的性能展示，另一方面是近景的展示了DRC中的任务项目。

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DRC挑战赛上的任务大致大致是：
第一个任务是机器人驾驶两座敞篷的越野车从操控中心出发，几十米的路程，绕过路障到达任务区的模拟坍塌房间的入口处。第二个任务是机器人自己从车上下来，移动到房屋门前，随后的第三个任务是抓住并旋转把手，打开房门。

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HRP2-TOKYO和ihmc在第四个任务环节中拧阀门。

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阀门是工业系统中非常常见的开关机构，所以这也是DRC中参赛机器人必备的基本技能。
随后机器人便是孤身一“人”进入废墟房间中，由此与操控中心的远程操控通讯带宽会被主办方强制大幅压缩、会出现高延迟和间歇中断，这也是在考验机器人的自主决策能力。第四个任务是将红色的圆形阀门旋转360度，第五个任务是使用电钻在木头墙上钻出一个大洞来，钻出的洞口必须要大于要求的黑色圆圈。

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CHIMP和Hubo在第五个任务，使用工具在木墙上开洞。
第六个任务就是“意外任务”，是在赛前没有公布的任务项，以此来考验机器人对未知任务的适应性在选拔赛阶段、在决赛的预先演练、第一天和第二天中的设置都有所不同。在决赛中，比赛前一天的预先演练中设置的是机器人按下一个按钮，正是比赛的第一天“意外任务”是拉下一个开关手柄，第二天的是难度最大的将一个插头拔出来，然后再插入到墙上另外一个电源插口上去。

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2016-3-29 14:48 上传

DRC决赛第一天的Suprise Task 是拉下开关手柄，图为最终成绩第四名的德国NIMBRO RESCUE团队的机器人。重量60kg，较于美式也是“轻量流”。
完成了这几项任务后，机器人需要通过一堆坍塌物散落的地面，这是第七个任务。地面上的坍塌物分为两条路径，一边是一些轻质的类似木条、铁管的杂物，另外一边是模拟坍塌下来的大块墙体造成的大、小斜坡。对于轻质的杂物，以履带或轮式行走的机器人可以较为容易地将杂物清理推开后通过，可以选择这条路径；而另一条路径的大块墙体有着相对较大和平整的落脚点，更适合立姿双腿行走的机器人。第七个任务后，机器人走出坍塌房屋，走向模拟通向出口的一个楼梯，顺利登上楼梯就意味着第八个任务完成、结束了整个比赛。

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DRC决赛的第七个任务中，在以木条或杂物堆积的路径上，以履带或轮式行走的机器人可以较为容易地将杂物清理推开后通过。

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DRC决赛的第七个任务中，立姿双腿行走的机器人选择落脚点更大的另一路径更为有利。

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立姿双腿行走的机器人在平衡上的确会有这不小的难度，比赛中都有多型机器人的摔倒。

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不过，立姿双腿行走的机器人在最后的爬楼梯环节更为有利。

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上述的每个任务完成后可得1分，在一个小时之内都完成比赛，就可以得到满分8分。成绩排名上是按照先分数后时间的原则，也就是分数相同下用时更多的占优。在比赛过程中机器人突然摔倒或者出现技术问题后需要参赛队技术人员来修复的，最终成绩上就会有10分钟的加时。

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2016-3-29 14:54 上传

机器人突然摔倒或者出现技术问题后需要参赛队技术人员来修复的，最终成绩上就会有10分钟的加时。
[media=x,500,375] http://t.cn/Rq7kfVX[/media]【视频链接】
佛罗里达人类与机械认知研究所的ihmc，是在官配的波士顿动力Atlas基础上开发的机器人中唯一入围前五的。

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卡内基梅隆大学团队研制的机器人，外观和运动方式酷似大猩猩，故取名CHIMP。CHIMP有多种运动模式，能灵巧变换形态，既可以在遇到崎岖不平的障碍是用四个履带轮行进，也可以两腿站立爬上台阶或使用各种工具。在DRC决赛的第一天CHIMP机器人是唯一一个完成了所有的任务得到8分满分的一支队伍，在第一天结束的时候位列第一。
http://t.cn/RqzFqXT【视频链接】
特别留意的细节是，如第一天的比赛视频，下了车进入房间的CHIMP在推门而入的过程中，用力过猛摔倒，不过几分钟通过变形又爬了起来。

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