机器人辅助穿衣系统可适应不同的姿势、体型和服装_专栏

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大多数人认为穿衣服是理所当然的。但国家卫生统计中心的数据显示，92%的护理机构居民和家庭护理患者需要帮助穿衣。

卡内基梅隆大学机器人研究所（RI）的研究人员看到了机器人可以帮助满足这一需求的未来，并正在努力使其成为可能。

“值得注意的是，机器人辅助穿衣的现有努力主要是用有限的手臂姿势和一件固定的衣服来穿衣，比如医院的长袍，”研究机器人辅助穿衣系统的RI博士生Yufei Wang说。

“开发一个通用系统来解决日常服装的多样性和不同的运动功能是我们的首要目标。我们还希望将该系统扩展到手臂运动受限程度不同的个人。”

机器人辅助穿衣系统利用人工智能的能力来适应各种人体形状、手臂姿势和服装选择。该团队的研究使用强化学习（完成某些任务的奖励）来实现他们的总体着装系统。具体来说，研究人员每次将衣服正确地放在人的手臂上时，都会给机器人一个积极的奖励。通过持续的强化，他们提高了系统学习着装策略的成功率。

研究人员使用模拟来教机器人如何操纵人们的衣服和着装。该团队在将模拟中学习的策略转移到现实世界时，必须仔细处理服装材料的特性。

“在模拟阶段，我们故意采用随机的不同服装特性来指导机器人学习的着装策略，以涵盖广泛的材料属性，”国际研究院硕士生Zhanyi Sun说，他也参与了该项目。“我们希望模拟中随机变化的服装特性能够将服装在现实世界中的特性封装起来，这样在模拟环境中学习的穿着策略就可以无缝地转移到现实世界中。”

RI团队在一项人体研究中评估了机器人着装系统，该研究对17名不同体型、手臂姿势和五件衣服的参与者进行了510次着装试验。对于大多数参与者来说，该系统能够将每件衣服的袖子完全拉到他们的手臂上。当对所有测试用例进行平均时，该系统覆盖了参与者手臂长度的86%。

研究人员在设计他们的系统时必须考虑几个挑战。首先，衣服在自然界中是可变形的，这使得机器人很难感知整件衣服并预测它将在哪里以及如何移动。

Yufei Wang说：“衣服不同于能够进行状态估计的刚性物体，因此我们必须对可变形物体使用高维表示，让机器人能够感知衣服的当前状态，以及它们如何与人类手臂互动。我们使用的表示法被称为分段点云。它将衣服的可见部分表示为一组点。”

安全的人机交互也至关重要。重要的是，机器人既要避免对人类手臂施加过大的力，也要避免任何其他可能导致不适或危及个人安全的动作。为了减轻这些风险，研究小组奖励了行为温和的机器人。

未来的研究可能会朝着几个方向发展。例如，该团队希望通过将夹克套在人的双臂上或将T恤套在头上来扩展当前系统的功能。这两项任务都需要更复杂的设计和执行。该团队还希望在穿衣过程中适应人类手臂的运动，并探索更先进的机器人操作技能，如扣扣子或拉拉链。

随着工作的进展，研究人员打算在护理机构内进行观察性研究，以深入了解个人的不同需求，以及他们目前的辅助穿衣系统需要改进的地方。

机器人辅助穿衣系统可适应不同的姿势、体型和服装