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让更多人体验到在快乐中成长的技术
~让新手老手都欲罢不能的乒乓机器人




过去,人们往往会要求机器人,尤其是工业机器人具备高效作业能力、超人的处理能力等提升生产率的功能。

如今,单纯由人发出指令、机器人去执行的关系正在日渐消失。有了应用于接待、护理工作的交流型机器人以及搭载在智能手机上的人工智能,人们日常也能通过人机沟通,享受便捷生活。

这种人机协同的关系拥有怎样的前景?欧姆龙的思考是,实现人类在机器的帮助下挖掘自身能力及潜能的“人机融合”。乒乓机器人“FORPHEUS”就是其中的一个范例。

2014年这款用于体验“人机融合”的机器人诞生以来,我们每年都会通过展会等形式听取体验者的反馈意见,反复开展技术研发,不断进步。2017年研发出的第4代“FORPHEUS”前所未有地拓宽了对打体验者的视野。用机器人更多地挖掘人类的能力,才能实现机器人助力人类发展的未来。我们追求的,就是这样的进化与挑战。



为了满足追求更多乐趣的“人类心理”


第4代FORPHEUS的研发主管小泉昌之



要想充分享受乒乓对打的乐趣,前提是要会发球、能接住对方的扣球、能保持对打节奏。新一代FORPHEUS的目标是克服这些条件限制,让更多人享受到对打的乐趣。

研发团队带头人小泉昌之分析称:“迄今为止,我们已经让很多人体验了对打,新手往往会在发球上失败而无法开始对打,老手则会因为单纯的对打太枯燥,而无法充分享受其中的乐趣。”

小泉称,为了满足人们追求更多乐趣的愿望,他们研发出了“发球功能”、 “扣球预测”以及 “音效功能”这三种功能。”

小泉还回忆道:“我们发现有三成左右的初学者会在发球上失败,所以决定尝试由机器人代为发球;我们还发现能连续对打的高水平者容易朝机器人扣球,如果机器人能预测扣球,也许就能制造出惊喜;如果用音乐为对打伴奏,就可以和机器人共享快乐。研发团队从以往的FORPHEUS体验者身上得到了启发。”



目光聚焦“人体”,让机器人予以再现




无论是新手还是老手,人人都能享受对打乐趣,提升对打水平。这一目标的背后隐含着研发方面无尽地付出。

喂球、预测扣球……这些对人类轻而易举的动作,机器人却很难做到。研发团队把关注点放在了“人体动作”上。

负责装配发球功能的植木大地先生介绍称:“在放慢人体的喂球动作后发现这是由一连串动作组成的。垂下指尖,略微下放乒乓球,接着拧转手腕将球抛出。”团队在短时间内多次改进机器人的手臂部分,最终在机器人身上实现了接近人类喂球轨迹的发球。

最终实现的发球功能


扣球预测功能的研发小组由丸山裕和浅井恭平两位组成。

FORPHEUS机器人原本就并不擅长接快球,要感知快于普通球速的扣球并做出反应绝非易事。两位研发人员开始关注扣球时人体的“伸展”动作。

丸山说:“扣球时,人们大多一边动肩一边挥拍,这时人体会大幅伸展。可以通过让摄像头识别这一动作来提前预测对方是否会扣球。”

浅井充分发挥出这一预测的作用,并把回球动作装备在了机器人上。

“实现预测后的下一步,就是要对付快球。FORPHEUS再现出了人类回球的动作,它能像专业乒乓球选手推挡时那样,在球很可能会飞到的位置上做好准备,以微小的动作跟上乒乓球并挡回去。”

刚进公司1年的中山雅宗负责加强FORPHEUS原本最不擅长的旋转球运动控制,并提高查找回球位置的摄像头的性能。经过这一改进,解决了原本接旋转球时经常挥空拍的问题。

测试扣球预测功能的浅井(左)和中山(右)



音效功能是指在对打时播放音乐,随着回球速度与球的落点而变化声音,可根据人们的乒乓球水平调整节奏,让人们享受对打的乐趣。后来团队还增加了使FORPHEUS对声音做出反应的功能。

小泉还关注了人类听觉信息与注意力之间的关系,得出持续享受对打乐趣的方法,他这样说道:

“以人类的注意力为主题开展研究工作的成员为我们提供了启发,声音也是提高注意力的一大要素。一旦听觉被阻断,即使是专业乒乓球选手也很难完全发挥出自己的水平。我们其实在不经意间通过听觉获取并利用着节奏、声音等各种信息。我们认为,从这一角度来看,音乐可能会成为提高人类注意力的一大动力。”

经过反复尝试,FORPHEUS终于迈上了新的台阶,让更多人体会到了“人机融合”的快感。

15,000多名观众在CEATEC JAPAN 2017上亲眼见证人机对打情景



为什么欧姆龙能创造出乒乓机器人?




FORPHEUS是能对打乒乓球的机器人。但其中所使用的是欧姆龙的工业设备,是“传感&控制+Think”的核心技术。

统管FORPHEUS研发工作的川出雅人这样说道:“欧姆龙能同时做到感知乒乓球轨迹、正确控制机器人、让机器人配合人的动作而变。我们每天都在致力于把产品与技术结合到客户的需求上。比如判断来球种类时的识别功能,就能够适用于机器人捕捉工厂部件等需要三维识别的所有现场工作。此外,搭载在FORPHEUS上的时间序列深度学习等技术可以提高汽车驾驶技术中的危机预测能力等由机器做出实时判断的速度与准确性。”

统管研发的川出先生


FORPHEUS在回球的同时,还会向对手传达“接着来吧”的意图。未来,它一定会超越乒乓球台,让人类在日常生活中获得机器人的帮助,同时挖掘自身的能力与潜能,指向“人机融合”。



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