चलना इतना कठिन क्यों है?


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कम से कम, दो पैरों पर। असिमो , जो सबसे प्रसिद्ध ह्यूमनॉइड रोबोट में से एक है, पहले से ही चलने में सक्षम है, हालांकि यह ऐसा करने में स्थिर नहीं लगता है। और यह एक हालिया परिणाम है।

जहां तक ​​मुझे पता है, पैर अनिवार्य रूप से कई-आयामी गैर-रेखीय प्रणालियां हैं, उनके नियंत्रण का सिद्धांत "बहुत कठिन" और "असंभव" की सीमा में है।

लेकिन, उदाहरण के लिए, हवाई जहाज समान रूप से कई-आयामी और गैर-रैखिक हैं, इसके बावजूद, कुछ दशकों पहले ऑटोपिलॉट उन्हें काफी अच्छी तरह से नियंत्रित कर रहे हैं। वे सैकड़ों जीवित मनुष्यों के जीवन को उन तक पहुँचाने के लिए पर्याप्त विश्वस्त हैं।

आवश्यक अंतर क्या है, क्या चलना इतना कठिन बनाता है, जबकि हवाई जहाज को नियंत्रित करना इतना आसान है?


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यह एक अच्छा सवाल है जो एक गंभीर, विश्लेषणात्मक प्रतिक्रिया के योग्य है। मुझे विश्वास है कि दो प्रणालियों के नियंत्रण उद्देश्यों की तुलना करने से उत्तर स्पष्ट हो जाएगा, लेकिन ऐसा करने के लिए, आपके प्रश्न को परिष्कृत किया जाना चाहिए ताकि उत्तर गलत धारणा न बनाएं। जब आप रोबोट चलने का संदर्भ देते हैं, तो क्या आप अज्ञात वातावरण (बाधाओं, असमान इलाकों, आदि) में चलने की बात कर रहे हैं? जब आप ऑटोपिलॉट्स का संदर्भ लेते हैं, तो क्या आपका मतलब केवल मंडली को शामिल करना है, या क्या आप सुझाव दे रहे हैं कि पूर्ण स्वायत्त उड़ान हल हो गई है?
JSycamore

जवाबों:


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मुझे यकीन नहीं है कि मैं इस बात से सहमत हूं कि द्विदलीय चलना इतना कठिन है कि हवाई जहाज नियंत्रण। यह आप कैसे देखते है उस पर निर्भर करता है।

कई रोबोट चल सकते हैं (द्विपदीय चलना) और कई हवाई जहाज अपनी उड़ान विशेषताओं या उड़ान की स्थिति के कारण नियंत्रित करना मुश्किल है। रोबोट के लिए अच्छी परिस्थितियों में चलना आसान है। कई हवाई जहाजों को नियंत्रित करने के लिए कई मौसम की स्थिति बहुत कठिन होती है। कभी-कभी उन हवाई जहाजों में से कुछ के साथ सैकड़ों लोग दुर्घटनाग्रस्त हो जाते हैं।

लेकिन चलो इस बात पर ध्यान केंद्रित करें कि रोबोटों में द्विध्रुवीय हरकत क्या है, और क्यों चलना रोबोट हर किसी के घर में नहीं हैं क्योंकि मुझे लगता है कि यह आपका असली सवाल है।

घूमने के लिए समझ और प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है कि पर्यावरण और गुरुत्वाकर्षण आपके शरीर को बलों को कैसे लागू करेगा और कैसे ले जाएगा। अधिकांश चलने वाले रोबोट अपने सभी हिस्सों के उन्मुखीकरण को मापते हैं और एक जड़त्वीय सेंसर (जैसे आपके आंतरिक कान) होते हैं जो उन्हें बताते हैं कि वे गुरुत्वाकर्षण के साथ कैसे उन्मुख हैं, और इसलिए वे अपनी गति पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव की भविष्यवाणी (और नियंत्रण) कर सकते हैं।

यह समझना कि पर्यावरण आपको कैसे लागू करेगा, यह अधिक कठिन है। एक कठिन, चिकनी सतह पर चलना आसान है क्योंकि आप इस बारे में धारणा बना सकते हैं कि पैर और फर्श के बीच का संपर्क कैसा है, और उनके बीच का घर्षण क्या है। कई चलने वाले रोबोट में इन संपर्कों को मापने में मदद करने के लिए टखने पर एक बल-टोक सेंसर होगा। कुछ में पैर के एकमात्र में संपर्क सेंसर होंगे।

यदि आप एक अनियमित या अस्थिर सतह पर चलने की कोशिश करते हैं, तो यह बहुत अधिक कठिन हो जाता है। आप अब अनुमान नहीं लगा सकते हैं, लेकिन इसके बजाय वास्तविक समय में अनुमान लगाना होगा कि संपर्क का घर्षण क्या है। यह सही सेंसर के बिना करना मुश्किल है, और अगर रोबोट को मन में चलने वाले वातावरण के बारे में मान्यताओं के एक गुच्छा के साथ डिज़ाइन किया गया था, तो एक अलग वातावरण में एक कठिन समय होगा। यदि आप घर्षण और पैर के समर्थन को गलत मानते हैं, तो रोबोट फिसल जाता है और गिर जाता है।

यह पैर संपर्क है ... लेकिन निश्चित रूप से, जब हम एक पर्यावरण के माध्यम से नेविगेट करते हैं तो हम स्थिरता के लिए अपने हाथों का उपयोग करते हैं, हम अस्थायी रूप से कुछ के खिलाफ झुक सकते हैं, और हम चीजों में टकराते हैं और उससे उबरते हैं। यदि आप ह्यूमनॉइड रोबोटिक्स में किए जा रहे शोध को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि विभिन्न परियोजनाओं ने इन सभी समस्याओं की जांच (और कुछ हद तक, हल की है) की है।

अब उन चीजों के बारे में सोचें जिनके कारण आपका चलना विफल हो जाता है। एक छोटा सा होंठ जिसे आपने एक द्वार में नहीं देखा था वह आपको यात्रा करेगा। एक ऐसा कदम जो दूसरों की तुलना में एक अलग ऊंचाई है, जिससे आपको ठोकर लग सकती है। एक सतह जिसे आप ढह रहे हैं, वह आपके संतुलन को खो देगा। एक अच्छा चलने वाले रोबोट को इन सभी चीजों के लिए अनुभव और नियंत्रण करना होगा। तो न केवल हमें चलने के लिए नियंत्रण की आवश्यकता है, और अपवाद वसूली के लिए नियंत्रण, बल्कि यह भी अच्छी धारणा और पर्यावरण के मॉडल की भविष्यवाणी करने के लिए जहां हमें अपने नियंत्रण को एक अलग, अधिक उपयुक्त दृष्टिकोण में बदलने की आवश्यकता है।

समस्या बहुत जटिल हो जाती है। यह नियंत्रण की समस्या नहीं है, यह धारणा, योजना, प्रतिवर्त और नियंत्रण की कुल प्रणाली है जिसे डिजाइन करने की आवश्यकता है। हर साल हम प्रगति करते हैं, लेकिन मानव वातावरण में अच्छे द्विपाद नियंत्रण के लिए आवश्यक सभी संवेदन, सेंसर फ्यूजन, प्रसंस्करण और सक्रियण के साथ एक प्रणाली बनाने में अधिक प्रगति की आवश्यकता होती है।

चलना इतना कठिन क्यों है? अगर मुझे एक चुनना था, तो मैं कहूंगा कि धारणा वह क्षेत्र है जिसे नियंत्रण के बजाय सबसे अधिक काम करने की आवश्यकता है।


जानकारी के लिए धन्यवाद। मैं " कई हवाई जहाजों को नियंत्रित करना मुश्किल है " से असहमत हो सकता हूं । इन हवाई जहाजों को रैखिक प्रणालियों के आधार पर नियंत्रित किया जाता है और रैखिक प्रणाली बहुत अच्छी तरह से स्थापित क्षेत्र हैं। रैखिक प्रणालियों में स्थिरता का रंग काला और सफेद होता है।
क्रोको

रेखीय प्रणालियों के सिद्धांत में स्थिरता का रंग काला और सफेद होता है। असली हवाई जहाज उस तरह से काम नहीं करते हैं। वे रैखिक नहीं हैं। आप उड़ान नियंत्रकों के लिए उपयोग किए जा रहे दृष्टिकोणों और शोधों की समीक्षा कर सकते हैं।
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कृपया प्रो के व्याख्यान देखें। एमआईटी में जीन-जैक्स स्लोटिन। अपने व्याख्यान में, वह हवाई जहाज के संबंध में इस तथ्य को बताता है, हालांकि, जेट लड़ाकू विमानों या विमानों के साथ ऐसा नहीं है जो आक्रामक युद्धाभ्यास करते हैं।
क्रिको

मुझे लगता है कि अगर हमने इस पर बात की तो कोई असहमति नहीं होगी, बस एक स्पष्टीकरण जिस पर हवाई जहाज के प्रकार और उड़ान की स्थिति रैखिक नियंत्रण के लिए ट्रैक्टेबल होगी और काफी स्थिर होगी। मैंने अपने उत्तर में एक क्वालीफायर जोड़ा और इसे अधिक स्पष्ट बनाने की कोशिश की।
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सबसे पहले, आपको सभी शक्तिशाली प्रतीक को ध्यान में रखना होगा: $

अनुसंधान हमेशा $ के साथ बाधाओं पर है, और यह बहुत मुश्किल है कि आप चाहते हैं कि सभी धन प्राप्त करें। इस बीच, हवाई जहाज उद्योग 2016 में $ 33 Bbb-बिल-सिलेक्शन का लाभ खींच रहा है । यह बहुत से काम है, और इसे लोगों को देने के लिए बहुत सारे कारण हैं, जो पायलट अपक्षय जैसे सबसे खराब स्थिति के लिए स्वचालित सिस्टम बना सकते हैं, आदि।

समय भी है। कई और साल और लोगों को हवाई जहाज पर काम करने और लोगों को आकाश के माध्यम से चलने के अपने विलक्षण लक्ष्य को पूरा करने में बिताया गया है।

अकादमिक रूप से, यह एक अलग समस्या है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, हवाई जहाज बहुत लंबे समय से (चलने वाली मशीनों के सापेक्ष) विकास का एक निरंतर क्षेत्र है। लैंडिंग गियर से लेकर ऐयरलोन मैनीपुलेशन तक के थ्रस्ट कंट्रोल में बड़े पैमाने पर और मामूली रूप से सुधार पर काम किया गया है; इस प्रकार यह इन प्रक्रियाओं को स्वचालित करने के लिए एक 'से-खरोंच' प्रक्रिया नहीं है।

चलना, हालांकि, शायद एक अधिक जटिल कार्य है। सबसे पहले, वहाँ संतुलन है। इंसानी शरीर को लाखों साल लग गए इंजीनियर बनने में, और हमारी टखने को मोड़ने के लिए त्वचा के नीचे सभी उचित मैकेनिक हैं। इस तरह या तो इन मैकेनिकों की पुनरावृत्ति करना काफी मुश्किल है, लेकिन उचित समय पर रोबोट को सिखाना ) संतुलन के लिए समझ और प्रतिक्रिया कठिन है। फिर हम इलाके के मुद्दे पर जोड़ते हैं। कुछ सीढ़ियाँ या पथरीली पहाड़ी पर चलना, अपने आप को संतुलित करना बहुत कठिन हो गया। और चलने में, आप एक पैर उठाते हैं, अपने आप को मूल रूप से कुछ इंच आगे गिरते हैं, और फिर अपने आप को पकड़ते हैं, तुरंत संतुलन बनाते हैं, एक पैर को पकड़ते हैं, और पहले से ही अपने दूसरे पैर को उठाते हैं।

कहा जा रहा है, मुझे लगता है कि आपको रोबोट-चलने वाले क्षेत्र में कुछ शांत प्रगति याद आ रही है, और आप इस बोस्टन डायनेमिक्स वीडियो द्वारा साज़िश कर सकते हैं ।

कुछ ही मिनटों में, और आप निश्चित रूप से यांत्रिक और तकनीकी उपलब्धि का पैमाना देखेंगे।


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एक द्विपाद रोबोट अनिवार्य रूप से अस्थिर है - थोड़ी सी दस्तक से यह गिर जाएगा।

एक वाणिज्यिक विमान अनिवार्य रूप से स्थिर है - हवा का एक छोटा झोंका इसे बेशक बंद कर सकता है, लेकिन यह सही तरीके से ऊपर उड़ता रहेगा और बस आसमान से नहीं गिरेगा।

हालांकि, आराम की स्थिरता के साथ विमान मौजूद हैं, लेकिन आराम की स्थिरता के लिए यह हाल ही में है कि उन्हें काफी जटिल स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है, और फिर भी वे एक द्विपाद रोबोट के रूप में अस्थिर जैसा कुछ भी नहीं हैं।


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गतिशील चलना

चलने की बिपिंग अधिक कठिन है, इसका कारण यह है कि आजीवन भौतिकी-सिमुलेशन जैसे बॉक्स 2 डी, हॉक इत्यादि कंप्यूटरहिस्टॉर में एक नई अवधारणा है। पहला व्यापक रूप से जाने-माने खेल जिसने एक भौतिकी इंजन का उपयोग किया वह एंग्री बर्ड्स (2009) था। बाद में QWOP सिम्युलेटर और अन्य आए।

पहला शोध मार्क रायबर्ट के तहत MIT लैब पर किया गया था। उन्होंने न केवल एक-पैर वाले रोबोट का निर्माण किया, बल्कि एक कंप्यूटरनिगम भी बनाया जो SIGGRAPH 1991 की आवश्यकताओं को पूरा करता है। बाद में, बोस्टन डायनेमिक्स ने भी पहली बार नए एल्गोरिथम के अंदर एक भौतिकी सिमुलेशन विकसित किया था। चलने वाले पात्रों का समर्थन करने वाले उपभोक्ता बाजार के लिए पहला गेम-इंजन नेचुरलमोशन यूफोरिया था जिसे वर्ष 2000 के आसपास प्रोग्राम किया गया था। समय से पहले, कंप्यूटरहार्डवेयर तेजी से वास्तविक समय में भौतिकी का अनुकरण करने के लिए पर्याप्त नहीं था। एक भौतिकी-इंजन के शीर्ष पर एक द्विध्रुवीय नियंत्रक का आविष्कार केवल तभी किया जा सकता है जब सिमुलेशन उचित तेजी से काम करता है।

हवाई जहाज में ऑटोपायलट

यह केवल गलत है कि हवाई जहाज के लिए ऑटोपायलट मौजूद हैं या वे बोइंग ए 380 की लैंडिंग के लिए सक्षम हैं। यहां तक ​​कि X-47B जैसे वर्तमान सैन्य ड्रोन को लैंडिंग के लिए एक मानव-इन-लूप की आवश्यकता होती है ( एक्स -47 बी विमान के विकासात्मक परीक्षण के दौरान सीखे गए सबक, पृष्ठ 21 "मिशन ऑपरेटरों ने कोडर के साथ सीधे काम किया / योजना को वैध बनाने के लिए")। केवल स्टीम-पंक ब्रह्मांड में, स्वायत्त हवाई जहाज उपलब्ध हैं और उचित रूप से काम करते हैं।


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" पहला व्यापक रूप से ज्ञात गेम जिसने भौतिकी इंजन का उपयोग किया था, एंग्री बर्ड्स (2009) था। " यह कथन "व्यापक रूप से" संपत्ति की ओर बहुत तिरछा है और सामान्य रूप से सिर्फ सादा गलत है। एंग्री बर्ड्स से पहले कई गेम थे जिन्होंने भौतिकी इंजन का उपयोग किया था। मुझे 90 के दशक के 2 डी भौतिकी आधारित खेल याद हैं। आधा जीवन 2 का शून्य-बिंदु ऊर्जा क्षेत्र मैनिपुलेटर 2004 से 3 डी में एक उदाहरण है। एंग्री बर्ड लोकप्रिय था, लेकिन यह कला भौतिकी इंजन का एक राज्य नहीं था। और यह संदेहास्पद है कि कैसे खेलों के लिए ऐसे इंजन रोबोटिक्स में उन लोगों की तुलना करते हैं।
झुकने वाली यूनिट 22

यह ठीक है, उत्तर का धन्यवाद। लेकिन, यद्यपि आईटी में भौतिकी मॉडलिंग एक नई चीज है, नियंत्रण सिद्धांत नहीं है। प्रश्न में तुलना के अनुरूप, हम देख सकते हैं: 2009 में ऑटोपिलॉट पहले से ही एक अच्छी तरह से परीक्षण किए गए थे, व्यापक रूप से उपयोग किए गए, स्थिर प्रौद्योगिकी।
पीटर - मोनिका
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