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腾讯 Robotics X 实验室研究首次“开箱”

时间:2020-11-24 16:55:06   来源:哪里有小妹服务+V芯940054433娜娜 浏览量:17386

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  机(器)狗走梅(花)桩?自(行)车能(自)平衡?(腾)讯 Robotics X 实验(室)研(究)首次“开箱”

  【环(球)网科技综合报道】11月20日,腾(讯)公布了其(在)(移)动机器人(研)究(方)面的(新)进展:(四)(足)移动机器人 Jamoca 和自平衡轮式移动机(器)人(首)(次)对外亮相。

  Jamoca 是国(内)(首)个能完(成)走梅(花)桩复(杂)挑战的四足机器人,而自平(衡)轮式移动机器(人)的相(关)研究成果还入选了(机)(器)人行(业)的顶级会议 IROS 2020。

  这两(项)进展均来(自)(腾)讯Robotics X 实验(室),(属)于移动方向(上)的技(术)(突)(破),(也)是机器人最基础的能力之一。

  腾讯 Robotics X 实验室于2018年成立,致(力)(推)进人机协作(的)(下)一(代)机器人研究,打造虚拟世界到真(实)世界的载体与连接(器)。目前实验室(主)攻移动、(灵)巧操(作)和(智)(能)体等三(大)通用机(器)人(技)术的研究与应用,(并)聚焦于多模态移动机器(人)的研发。

  四足移动机器(人) Jamoca :能走、能跑、能跳,可挑战梅花桩复杂(地)(形)

  “少林从师数十(冬),梅花桩上练真(功)。持之以恒锐意(修),定(可)成名盖(群)雄。”

  梅花(桩)是(中)国功夫的(重)要训(练)道具之一,习练(梅)花桩也是武侠小说中修(炼)(轻)功(的)基(础)。现(在),梅花(桩)(上)迎来了(一)位新(的)“(练)功者”—— 腾讯四足移动机器(人)Jamoca。

  四足(移)动机器人,更常(见)的一个(名)(字)是机器狗。(腾)讯 Robotics X 实(验)室(在)外部(提)供的(本)体之(上),(基)于自(研)的机器(人)控制技术,为Jamoca (打)(造)了一个能(应)对复杂环境(的)智能(大)脑。这个大脑让 Jamoca 能行(走)、小跑和(跳)跃,(并)赋(予)了它自(主)定(位)(和)避障的能力。

  此(次) Jamoca 完成的(挑)战由高60(厘)米、呈20°斜面(角)(度)的台阶和邻桩最大高度差16厘(米)、间距不等的梅花桩(两)部分组(成)。

  据(腾)讯 Robotics X (实)验室研究员介(绍),和国际(上)其他四(足)(机)器人走木(块)的场景比(较),此次 Jamoca (所)(挑)战的梅(花)桩(落)(脚)面积更小、高度(更)高,并(有)台阶的(组)(合),实现(的)难(度)要更大。

  其中,考(验)机器(人)移动能力的难点(主)要有两(个):理(解)梅花桩的排布(包(括)位置和高(度))、选择(最)佳落脚点(及)路线(并)(稳)定精准地行(走)(落脚到梅花(桩)中心点)。

  这正对应(了)实(验)室在移动技术(方)面(钻)研的的(两)(个)核心(技)术模(块):(感)(知)、运动规(划)与控制;(同)(时)二者通过实验室的(另)一核心技术模块:整机系统(设)计与(搭)(建),(实)现了(系)(统)性的集成融合。

  从 Jamoca 挑(战)(的)结果看,腾讯 Robotics X 实验(室)已经达到了极(高)(的)技(术)标准——(误)差1厘米(内)的(感)知定位、根据环境进(行)的10毫秒级(路)线规(划)、基于(动)力学的1KHz实时力矩(控)(制)、梅花桩中心点1厘米内的(落)脚误差,以及全系统的高度协同。

  在精准环境感知(方)面,Jamoca (创)新性地实现了鲁(棒)的眼脚标定,(并)(利)用RGB-D(相)机对周围(环)境进行实时的感(知)。通(过)特征点匹配的(方)式,对 Jamoca (自)(身)(的)运动轨迹(进)行在线跟(踪),并将基(于)视觉(的)定(位)信息与基(于)运动(学)的里(程)(计)信息和 IMU(Inertial measurement unit,惯性测(量)(单)元)数据(进)行融(合),提高了(定)(位)追踪的精度和频率。同时(利)用算法识(别)和提(取)(出)(台)(阶)和(梅)花桩的表面区域范围和中心点位(置),将(定)(位)和识别的数据进行(融)合,(从)而重建出整个三维运动场景。

  在最优运动线路(规)划和实时(的)(运)动控制方面,Jamoca 基于感(知)系统实时(感)知到(的)机(器)人本(体)及梅花桩(位)置信息,基(于)(质)心动力学,实现在(线)的质(心)(轨)(迹)(生)成(和)(落)脚点(规)划。(在)保(证)(机)器人(的)四条(腿)(可)以安全地踏(到)下(一)步的梅(花)桩的同时,优化(出)一条本(体)移(动)长度(最)短、(综)合耗力(最)小(的)运动轨迹,(并)(且)可以在(线)持(续)地进行上述(运)动规划。

  同(时),(基)于(实)时的本体(状)态估(计),Jamoca能(够)结(合)质心动(力)(学)模型来构建(优)化问题,(实)时求解(机)(器)(人)足端所(需)(的)地(面)反作用力,并结合反馈(控)(制)(实)现精准鲁(棒)的实时力控,可完成行(走)、对角小跑以及(跳)跃等的运动控制。

  不同于预先设计好规则之后做重复的运动(的)工业机器人,Robotics X 实验(室)更(关)注机器(人)有意识、有判断(的)自(主)特性研究,目(的)就是要(在)有很(大)(不)确定(性)的(动)态环境里,能够(实)(现)机器(人)的自(主)(判)(断)、(自)主决(策),并(自)主完(成)(任)务。

  现阶段,Jamoca 主要用于实验室内部科研实验。它的在(线)(环)境(感)知、最优运动规(划)和实时(运)动控制等能力,未来将(帮)助腾(讯)其(他)机器人产品更好(地)(适)应复杂(的)现实环境。

  静(止)、(行)(进)均能(自)主保(持)平衡的轮式机器人

  ​此次一同亮(相)的,还有一款(自)平衡轮(式)移(动)(机)器(人),也可称之为(自)(平)(衡)自(行)车,是腾讯 Robotics X实验室(的)(首)个整机(自)研机器人。

  它在传(统)(轮)(式)移(动)(机)器(人)的(基)础上,增加了(动)量轮及其(电)机驱动系统,(使)得机器人可(以)(在)静(止)及行进状态下均(保)持平衡不(倒)。

  (自)平衡轮(式)(移)(动)机器人的(硬)件平台(完)全由腾(讯)Robotics X自研,重约15公(斤),长1.15米,(高)0.52米

  它的(控)制能(力)又(可)(以)细分为行进中的动态自(平)衡和停止行进时的静态自平衡。行进中(的)动态自平(衡)是依靠(前)把转动进(而)(带)(动)车身(的)(转)(动)(实)现,而停止行进时的静态自平衡则采(用)动量轮力矩平衡(技)术,应用角动量守恒的原理实现自(平)衡控(制)。

  依靠平衡(算)(法),(即)使(受)到一(定)的(外)界干扰,腾讯自(平)衡(轮)式移动(机)器(人)(仍)然可(以)(在)(保)持自(平)(衡)状(态)的同(时),实现平稳地向(前)行(驶)。

  机(器)(人)在不同的路面状况下,(例)如遇到上下坡时,(也)都表现出了较好的运动(能)力(和)平衡性能。(甚)至对(于)行驶(路)径上存(在)特定约束(的)情况,(比)(如)沿(着)(独)木桥行驶的(场)景,(它)也能从(容)应(对)。

  在(此)前举(行)(的)机器人行(业)国际(顶)会IROS2020上,腾讯 Robotics X 实验室发布的两篇平(衡)控(制)方(向)的Oral(论)文,(就)来(自)(于)该(机)(器)人(项)目。

  IROS由IEEE(电气和电子工程(师)(协)会)和RSJ(日本机(器)人(学)会)共(同)举办,是(机)器人领域三大(国)际顶级(会)议之一,今(年)的主题为Consumer Robots and Our Future,接(收)(来)自机器人与人工智能、(机)器人视觉、传(感)器、(云)机器(人)等相关(领)域的研(究)。

  在第(一)项研(究)《自平(衡)轮(式)移动机(器)人的(非)线性平衡控(制):设计(与)实验》中,(腾)(讯) Robotics X 实验室与(纽)约大学(合)作(研)(究)(了)自(平)(衡)轮(式)移动机器人(的)动静态平衡(控)制的稳定性问(题)。

  (在)传统轮(式)(移)动(机)器人(的)基(础)上,(腾)讯Robotics X 实验(室)增加(了)动(量)轮和电机驱(动)系统,使(用)了(级)联与(阻)尼配置的无源控制(Interconnectionand Damping Assignment - Passivity Based Control, IDA-PBC)(方)法,并(应)用李雅普诺夫理论从理论上证(明)了自平衡轮式移(动)机器人的闭环系(统)稳定性。

  此外,(实)验室还(在)(自)建平台上证明了(新)控制器效果良好,能让机器人保持自平(衡),并有一定(的)抗外界干扰(能)力。

  而在另(一)项研究《自平(衡)轮式(移)动机(器)(人)平(衡)的增益规划控制器设计》中,不同(于)传(统)方法将静态和动态(平)衡区分对待,(研)究团队建立了可以同(时)(描)述轮式移动机器(人)(动)态(特)性和静态特性的(统)一(的)(数)(学)模(型)。

  基于(同)一个模型,动态平(衡)和静态平(衡)对不同驱动输入的依赖程度不同,(无)法使用同样的控制(参)数。(因)此,研究团队使用(基)于增益规(划)(Gain Scheduling)(的)(控)制方(法)。该控制方法可(在)两种情(况)下都保持轮式机器人的平衡,这一点在理(论)(和)实验中都得到证(明)。

  移动(机)(器)人(的)技术框(架)

  腾(讯) Robotics X 实(验)室(主)攻(机)器人移动、灵巧操作和(智)能体等(三)大核心(通)用(技)术的研究(与)(应)用。

  (其)中,移动是机器人最基(础)的(能)力之一,此次发布(的)两项进展(就)(属)于移动方向。

  (而)移动方向又可(分)(为)四(个)技术(模)块:机械(设)计、(感)知、运(动)规划(与)(控)制、整机系统设计(与)搭建。通俗的说,前三者分别是机器人的躯(干)、眼睛和大脑,最后一(项)则是它(的)各“器官”协(调)的(能)(力)。

  算法(自)研的 Jamoca (正)(是)结(合)了腾(讯)在感知、运动规划与控制两方面的研(究)成果。而整(机)自研的自(平)衡轮(式)移动机器(人)则可以视作腾讯(在)机器人的(机)(械)设计和(整)机系统设计与搭建方向能力上的一个(里)程碑项(目)。

  腾讯 Robotics X (与)(腾)讯 AI Lab 实验室主(任)张正(友)博士表(示):“移动(或)运动能力,是机器人最核心、(也)(是)最基本的(能)(力)之一,决(定)了它能去到什么场景,做什么事情,未来(有)什么(样)的(想)象力。(我)们(很)高(兴)能看到(这)(两)项进展,并将继(续)深(入)(探)索机(器)(人)的(通)(用)能(力),为虚拟(到)(真)实世(界)搭建一(个)有(力)(的)桥梁。”

【(编)辑:黄钰(涵)】

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