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PingpongDuo:两台人形机器人打乒乓球双打,连续交替击球超过10拍

Haoran Jiang, Yichao Zhong, Kai Zhang, Cheng Liu, Yixuan Pan, Zhenjie Yang, Jingbo Wang, Tianyu Li, Li ChenShanghai Innovation Institute; Archon Robotics; The University of Hong Kong; NVIDIA
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Archon Robotics、香港大学、上海创智学院和英伟达的研究人员在10月14日公开的预印本中,让两台宇树G1人形机器人打乒乓球双打,在互不碰撞的情况下连续交替击球超过10拍。关键不在乒乓球本身,而在于两台高速移动的机器人共享狭小作业空间,这正是多台人形机器人同处一个工位时所需的能力。

研究问题

两台必须严格交替击球的人形机器人,如何在狭小空间内快速让位,同时不损失击球精度?

问题

既有人形乒乓系统只处理单台机器人。双打中刚击球的机器人要让开,队友要补位;让得太少有碰撞风险,让得太多又会拖慢下一拍并降低准度。

既有方法

HITTER、SMASH等系统把击球规划与全身控制结合,专注单人回球;控制障碍函数等通用安全过滤器能保持机器人间距,却不衡量这对下一拍造成的代价。

新方法

以强化学习训练的团队规划器同时为两台机器人选择站位目标,学习得到的风险模型过滤危险方案,并尽量保留当前击球者的目标。每台机器人分别使用步法与击球技能,二者以人类动作为参考,其中步法取自人类双打录像,并以彼此的结束状态为起点训练以实现快速切换;另加一个持拍臂残差策略,利用以真实球路和接触数据校准的仿真器反馈,在快速移动后修正击球。

结果

在Isaac Lab仿真中,组合式策略合法回球率为55.6%,比HITTER式基线的42.4%高13.2个百分点,让位结束时横向误差约2.1厘米;关闭手臂修正后回球率降至44.2%。在相同风险过滤器下,学习式站位把团队平均连续回球数从3.79提高到4.87。真机上,一台G1在2.4秒内完成2.15米的让位与回位,峰值速度2.23米每秒,两台机器人连续交替击球超过10拍。

局限

真机系统依赖外部动作捕捉获取机器人和球的状态,未考虑球的旋转;对面是喂球的人而非竞技对手。仿真统计基于五个随机种子,真机只给出演示片段,没有真实成功率。本文为预印本。

产业影响

对正成为科研默认平台的宇树G1而言,这是又一个公开展示案例。对计划在同一工位部署多台人形机器人的企业,可迁移的是带风险过滤的联合站位思路,因为高速移动机器人之间的避碰协调目前大多仍靠人工调参。要进入工厂,还需以机载感知取代动作捕捉,距实用仍有数年。

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