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一大早，公园里就热闹了起来，大爷们双手握杆颤动空竹，做出各种把戏技巧，引得旁人驻足观看。

这样的场景大多数人应该都不生疏。

早在我国明清时期，抖空竹这项运动就开端鼓起、盛行，2006 年5 月 20 日，空竹更是被国务院同意列入第一批国家级非物质文化遗产名录。

作为一项典型的基础性节律运动，抖空竹能够活动到身体许多部位、防备肩周炎等疾病，还能明显进步推陈出新，有助于身体健康。

网络上流传着不少抖空竹入门视频，许多人表明抖空竹是个技能活，想轻松自如地抖空竹并没有幻想中那么简单，那么问题来了：转瞬 2020 年就快完毕了，咱们都说科技开展得很快，那机器人会抖空竹吗？

您甭说，还真会！

脑洞从何而来？

这儿有视频截图为证：两条机械臂正在抖空竹。

乃至，人机还能打协作，一同炫技。

其实，这一脑洞来自一家坐落日本东京的公司 OMRON SINIC X。

OMRON SINIC X 是总部坐落日本京都的闻名自动化操控及电子设备制造厂商欧姆龙集团（OMRON Corporation）于 2018 年建立的子公司，其建立的首要意图就在于「近未来规划」——依据其官网介绍，OMRON SINIC X 致力于进行机器人技能、计算机视觉、机器学习和人机交互等范畴的前沿研讨。

作为欧姆龙集团的一个战略据点，OMRON SINIC X聘用了多个范畴的杰出人才，包含人工智能、机器人、物联网、制造业和金融业等，一起还与高校、科研机构有着亲近的协作，旨在要点处理四个范畴的社会问题：工厂自动化、医疗、机动、能源管理。

提到这儿，就不得不提一下欧姆龙集团在机器人范畴的高光时间——2016 年 9 月 8 日，欧姆龙在官网上宣告，他们开发的能继续与人类进行乒乓球对打的机器人 Forpheus 被吉尼斯世界纪录认定为世界上首台乒乓球教练机器人。

那么这次为何要测验让机器人抖空竹呢？

研讨人员表明，他们的方针在于推进机器人精密操控和人机协作。

关于机器人来说，抖空竹能够说是一个应战递加、鼓励不断的学习进程，惋惜相似的模型现在还未被规划出来。

假如用实在的机器臂来练习，成本会很高，并且这样的高加速度使命（抖空竹首要是靠惯性）操作起来的确有必定危险性。

根据上述主意，研讨人员做出了一个空竹模型（diabolo model），由此，机器人也能抖空竹了。

模型怎么构建？

详细进程怎么，咱们能够在 OMRON SINIC X 发表于预印本渠道 arXiv 的一篇论文中找到答案。

论文题为 An analytical diabolo model for robotic learning and control（机器人学习并操控的空竹剖析模型）。

首要，研讨人员推导出了一个空竹-绳子体系的剖析模型。

抖空竹，中心在于绳子，要模仿绳子并不简单，原因在于——其摩擦力取决于许多难以乃至不可能丈量出来的参数，并且空竹自身和绳子之间的相互效果也是非常灵敏、非线性的。

因而，模型简化了抖空竹本来的杂乱动作，用一个椭圆来表明绳子的轨道，用以计算力与运动。

如下图所示，两根小棒的顶端恰好是椭圆的焦点。当然这仅仅平面图，三维空间中，椭圆形就成了椭球体。

研讨人员假设了空竹不同的几种状况，比方：

• 绳子紧绷状况：空竹在椭圆以内运动。

• 绳子松懈状况：空竹的中心部分安全地卡在绳子上。

• 空竹飞翔状况：空竹在椭圆以外运动。

为保证模型的准确性，研讨人员经过记载人们花式抖空竹的进程，构成了一个数据集，将这一数据集和模型进行比照。成果表明，不论是精度仍是物理一致性，模型的体现都超过了根据深度学习的猜测器。

接着，研讨人员描绘了一种根据最优操控的办法「根据模型的猜测操控」（Model-based Predictive Control，MPC）。

这一办法以空竹的速度和方位作为输入，经过优化其间一根小棒的运动轨道，猜测两根小棒顶端的运动轨道，来生成机器人抖空竹的轨道，让机器人解锁更多花式玩法。

详细到下图：

• 黄色线条代表猜测的空竹轨道；

• 绿色线条代表方针状况；

• 白色线条代表下一次轨道呈现前的猜测；

• 赤色、蓝色线条代表两根小棒顶端的轨道；

• 通明赤色区域代表实践三维情境中构成的椭球体轨道。

最终，研讨人员在实在的机器人体系上进行测验，完成了人机共抖空竹的成果。

研讨人员表明，期望这项研讨能对机器人技能起到推进效果，鼓励机器人学习方面涌现出更多主意。

值得一提的是，OMRON SINIC X 官方表明预备发布仿真模型、数据集和操控算法，作为独立模块和 Gazebo 插件供咱们学习，感兴趣的小伙伴们能够坚持重视。