AirExo：低成本外骨骼助力机器人野外学习

AirExo：低成本外骨骼助力机器人野外学习

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/yorkhunter/article/details/142373887

2023年9月，来自上海交通大学和上海人工智能实验室的研究团队发布了一篇关于机器人外骨骼技术的论文，题为《AirExo：野外学习整臂操作的低成本外骨骼框架》。这项研究开发了一种创新的外骨骼系统，旨在解决机器人在执行全臂操作任务时面临的挑战。

项目背景与意义

虽然人类可以灵活地使用手臂的不同部位（如小臂、肘部）来完成各种任务，但机器人在学习和执行这类操作方面仍面临诸多挑战。全臂操作通常需要精确控制机器人的完整姿势，而不仅仅是末端执行器的位置。此外，这类操作往往涉及与周围环境的广泛接触，增加了碰撞的风险。

AirExo的设计与创新

研究团队开发的AirExo是一种低成本、便携式的双臂外骨骼系统，其设计目标包括：

1. 可负担性：通过使用低成本的材料和模块化设计降低制造成本
2. 适应性：能够适配不同类型的机器人手臂，包括Flexiv Rizon、UR5、Franka和Kuka等
3. 便携性：轻巧的设计便于携带和部署
4. 稳健性：能够在各种环境下稳定工作
5. 维护简单：易于维护和修理

AirExo由两个对称的手臂组成，每个手臂具有7个自由度（DoF），可以精确模拟机械臂的运动学。此外，还设计了一个具有1个DoF的两指夹持器作为可选的末端执行器。

技术创新与实验验证

为了克服野外学习中常见的领域差距问题，研究团队提出了一种两阶段的训练过程：

1. 预训练阶段：使用野外人类演示和外骨骼编码器记录的动作对策略进行预训练，使策略能够学习高级任务执行策略
2. 微调阶段：使用带有机器人动作的遥控演示对策略进行微调，进一步优化动作细节

实验结果表明，这种预训练方法能够显著提高机器人的评估性能，并且在使用较少的遥控演示数据时也能达到很好的效果。

硬件设置与应用

AirExo的硬件设置包括：

• 英特尔RealSense D415 RGB-D摄像头
• Flexiv Rizon双臂机器人
• Robotiq 2F-85夹持器
• 可调节摄像头支架

这些组件共同构成了一个完整的远程操作和演示数据收集系统。

结论与展望

AirExo项目展示了低成本外骨骼系统在机器人学习中的巨大潜力。通过结合野外演示和遥控演示，该系统能够帮助机器人学习更通用、更稳健的操作策略。未来，这种技术有望在更多实际场景中得到应用，推动机器人操作能力的进一步发展。