自重構機器人引起廣泛關注 但目前缺乏標準步驟來評價它們的性能

自重構機器人（Self-reconfigurable robots，SRRs）指能夠自動改變形狀，并適應周圍環(huán)境的機器人，近年來引起了機器人界的廣泛關注。這些機器人非常有用，因為它們可以在對周圍環(huán)境的感知以及適當行為的規(guī)劃和執(zhí)行方面有高度自主性。雖然過去的研究已經(jīng)引入了一些方法來對這些機器人進行分類，但是仍然缺乏標準步驟來評價它們的性能。

考慮到這一點，最近，由中山大學和新加坡理工大學的研究人員開發(fā)了一個用于自重構機器人分類和評估的框架。他們的研究成果發(fā)表在IEEE Access上，研究由新加坡國家機器人研發(fā)計劃辦公室提供資助。

“到目前為止，研究人員已經(jīng)為自重構機器人的分類設計了一種定性方法，但還沒有能夠指導設計者、制造商和機器人用戶的定量方法，”該研究的研究人員之一Abdullah Aamir Hayat對TechXplore說道：“這促使我們?yōu)樽灾貥嫏C器人制定一個框架和評估方法。”

在自重構機器人中，改變形狀以完成既定任務的能力主要取決于機器人采用的機構類型及其自主等級。雖然一部分自重構機器人系統(tǒng)是完全自主的，但另外的機器人依然需要某種程度的手動遠程操作（manual teleoperation）。

在機構層面，機器人可分為三大類：內(nèi)部重構（intra- reconfiguraTIon）、相互重構（inter-reconfiguraTIon）和嵌套重構（nested reconfiguraTIon）。內(nèi)部重構和相互重構的區(qū)別在于機器人可用的配置數(shù)量和這些配置的規(guī)模。

內(nèi)部重構和相互重構的區(qū)別在于，前者涉及一個機器人模塊，該模塊可以在不進行任何裝配或拆卸的情況下改變其形態(tài)；后者涉及兩個或多個可裝配或拆卸的模塊。同時集成內(nèi)部重構和相互重構便構成了嵌套重構。

內(nèi)部重構涉及一個單一的機器人模塊，它可以在不進行任何裝配或拆卸的情況下改變其形態(tài)，而相互重構涉及兩個或多個模塊，它們可以裝配或拆卸。最后，由Mohan Rajesh Elara教授和KrisTIn L.Wood教授提出的嵌套重構結合了內(nèi)部重構和相互重構的特點。

在他們的論文中，Hayat和他們的同事介紹了可用于評估自重構機器人的指標，量化了SRR的自主等級和可用配置的數(shù)量。這些指標結合起來形成了一個TAEV框架，它可以指導研究人員和制造商評估他們的機器人系統(tǒng)。

“我們的工作通過根據(jù)意義形態(tài)學（meaning morphology）和涉及的模塊數(shù)量分配索引，來量化機構的可重構性?！盚ayat解釋道，“這些索引用三軸坐標系中的兩個軸（X-和Y-）表示。第三個軸（Z-）用于自主等級所給出的指標，該指標使用由六個性能指標組成的蛛網(wǎng)模型（cobweb evaluation model）計算，即重構規(guī)劃、決策制定、界面自主性、感知和工作空間?！?/p>

Hayat和他的同事開發(fā)的框架的主要優(yōu)點在于，他們在論文中所概述的三維分類空間（3-D taxonomy space）為給定的自重構機器人分配了一個唯一的索引，因此它可用于設計比較研究（trade-off studies），并設計評價或比較不同自重構機器人在同一任務中的性能的方法。

Hayat說：“我們提出的通用框架可以應用于許多現(xiàn)有的自重構機器人，不僅可以根據(jù)它們的尺寸、運動方式等進行定性分類，還可以對它們進行定量分類，包括機器人的機構和自主等級?！?/p>

在未來，這種TAEV框架有助于更有效地評價自重構機器人，同時也可以確定其局限性和優(yōu)化方向。研究人員和制造商都可以使用它來比較不同機器人在相同任務中的性能，或者評價同一機器人的不同版本。在他們的論文中，Hayat和他們的同事還根據(jù)現(xiàn)有機器人討論了新框架的其他潛在應用。

“我們的發(fā)現(xiàn)表明，具有自主特性的新型機器人設計占據(jù)三維空間的潛力十分巨大，嵌套式可重構結構（nested reconfigurable architectures）可能有許多實際應用?！盚ayat說道，“有鑒于此，我們的團隊正致力于實現(xiàn)新的內(nèi)部重構、相互重構和嵌套重構機器人結構，以自主實現(xiàn)清潔和監(jiān)視之類的維護任務?！?/p>