四旋翼飛行器驚人嘅運動能力
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0:11 - 0:14如果呢台機器可以做運動，意味著乜野？
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0:14 - 0:18我哋會借助呢啲叫做
四旋翼飛行器（四旋翼） -
0:18 - 0:20去展示機器運動嘅概念
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0:20 - 0:23同埋我哋嘅研究
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0:23 - 0:25嘅飛行機器來演示
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0:26 - 0:29四旋翼已經面世好耐咯
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0:29 - 0:30佢地最近大熱嘅原因
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0:30 - 0:32喺它們嘅機械原理簡單
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0:32 - 0:34只要控制呢四個螺旋槳嘅轉速
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0:34 - 0:37呢啲小機器就可以側翻、俯仰、偏航
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0:37 - 0:40仲可以喺任一方向加速
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0:40 - 0:43呢臺野有電池、微型電腦
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0:43 - 0:47各種傳感器同無線電收發器
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0:47 - 0:52四旋翼好靈活，不過凡事有正反面
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0:52 - 0:55佢地天生唔夠穩定，所以佢地需要某種形式嘅
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0:55 - 1:00自動反饋控制，嚟保證自己可以上天
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1:04 - 1:07於是，點可以飛得咁穩呢？
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1:07 - 1:09好多攝像頭安裝喺天花板，連接落一部筆記本電腦
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1:09 - 1:12就好似室內嘅全球定位系統
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1:12 - 1:14用嚟定位空間入面嘅物體
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1:14 - 1:17物體上都有呢種反光標記
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1:17 - 1:19定位數據會發送去另一台筆記本電腦
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1:19 - 1:21然後執行計算同控制算法
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1:21 - 1:23搞掂運算，再發送控制指令去四旋翼
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1:23 - 1:27四旋翼都同時運行計算同控制算法
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1:30 - 1:32我們研究的重點就是算法
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1:32 - 1:36算法是賦予呢啲機器嘅魔法
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1:36 - 1:38於是如果有人設計出一種算法
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1:38 - 1:41可以製造機器運動員嘅話，會點？
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1:41 - 1:43我哋利用“模型化基礎設計”嘅方法
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1:43 - 1:47我哋首先利用數學模型
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1:47 - 1:49獲取機器運動嘅物理數據
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1:49 - 1:51然後用數學理論嘅一種細分學科
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1:51 - 1:54叫做控制理論，嚟分析呢啲模型
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1:54 - 1:58同時合成算法嚟控制呢啲機器
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1:58 - 2:01例如，我哋咁樣控制呢啲四軸飛行器
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2:01 - 2:02首先，用一系列微分方程
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2:02 - 2:04捕獲佢嘅動作數據
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2:04 - 2:07藉助控制理論，我哋控制呢啲方程式
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2:07 - 2:11令電腦自主生成算法，嚟穩定四軸飛行器
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2:11 - 2:15我嚟演示下呢種方法嘅厲害啦
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2:17 - 2:20假設我哋希望呢嘅四旋翼保定穩碌棍
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2:20 - 2:23唔單止懸停系到
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2:23 - 2:24经过簡單練習
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2:24 - 2:27人類就可以做到
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2:27 - 2:29虽然我哋比四旋翼有優勢
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2:29 - 2:30我哋可以雙腿著地
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2:30 - 2:33有好靈活嘅手
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2:33 - 2:35但咁样就有啲艱難
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2:35 - 2:38譬如我金雞獨立
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2:38 - 2:40甚至唔用手
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2:40 - 2:43注意碌棍頭頂有反光標記
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2:43 - 2:47用嚟定位碌棍嘅空間座標
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2:53 - 2:59（掌声）
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2:59 - 3:02大家可以睇到呢台四旋翼一直系到微調
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3:02 - 3:04嚟保持碌棍嘅平衡
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3:04 - 3:07我哋要點樣設計算法先搞得掂？
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3:07 - 3:09我哋增加佐碌棍嘅數學模型
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3:09 - 3:11入四旋翼到
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3:11 - 3:14只要我哋個模型可以連接四旋翼同碌棍
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3:14 - 3:19就可以利用控制理論嚟建立控制算法
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3:19 - 3:20睇下，穩如泰山
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3:20 - 3:23就算我頂佢一下
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3:23 - 3:28都會翻到去最佳平衡點
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3:28 - 3:30我哋仲可以強化模型，加入
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3:30 - 3:32四旋翼嘅預定空間定位座標
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3:32 - 3:35用呢條指揮棒，注意棒上有反光標記
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3:35 - 3:38就可以點四旋翼去任何我希望嘅位置
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3:38 - 3:41而且同我保持既定距離
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3:56 - 3:59呢啲特技動作嘅關鍵系算法
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3:59 - 4:01算法依靠數學模型
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4:01 - 4:03同控制理論嚟設計
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4:03 - 4:05等我指部四旋翼翻嚟先
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4:05 - 4:07放低碌棍
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4:07 - 4:09然後我再演示下
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4:09 - 4:11理解物理模型
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4:11 - 4:15同現世界運作規律嘅重要性
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4:25 - 4:27注意四軸嘅高度下降咗唔少
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4:27 - 4:29就系我放杯水上去嘅時候
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4:29 - 4:32唔似碌平衡棍，我無系四旋翼系統到
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4:32 - 4:35加入杯水嘅數學模型
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4:35 - 4:38事實上，系統根本唔知道杯水系四旋翼頭頂
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4:38 - 4:41同之前一樣，我可以用指揮棒老點四旋翼
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4:41 - 4:43去呢個空間內嘅任何位置
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4:43 - 4:53（掌聲）
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4:53 - 4:55宜家，大家可能會問緊自己
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4:55 - 4:58點解玻璃杯嘅水唔會倒出離？
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4:58 - 5:01原因有貳：第壹，系重力壹視同仁咁
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5:01 - 5:03作用系所有物體到
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5:03 - 5:06第貳，系所有螺旋槳都指向同一個方向
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5:06 - 5:09同玻璃杯方向一样，向上
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5:09 - 5:11呢兩點加埋一齊，結果就系
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5:11 - 5:13杯水其它方向嘅作用力都太弱
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5:13 - 5:16主要系俾空氣動力效應控制
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5:16 - 5:20因此呢啲速度都可以忽略
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5:23 - 5:25亦因此，你無必要為玻璃杯搞個數學模型
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5:25 - 5:29無論四旋翼做啲乜，水都唔會潑出離
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5:39 - 5:46（掌聲）
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5:46 - 5:50呢到想講嘅系，某啲高性能任務
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5:50 - 5:51簡單過其它任務
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5:51 - 5:53同埋，理解问题背后嘅物理本质
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5:53 - 5:56可以話你聽邊樣簡單邊樣難
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5:56 - 5:58呢個例子裏面，四旋翼頂住杯水飛就簡單
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5:58 - 6:02平衡碌棍就難
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6:02 - 6:04我哋都聽過運動員嘅故事
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6:04 - 6:06雖然身有傷殘，都可以完成壯舉
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6:06 - 6:08咁機器可唔可以系負傷情況下
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6:08 - 6:11仍然運作？
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6:11 - 6:12傳統觀念認為，你要飛
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6:12 - 6:16起碼要四套馬達同螺旋槳
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6:16 - 6:18因為要控制四個自由度
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6:18 - 6:21滾轉、俯仰、偏航同加速度
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6:21 - 6:24六軸同八軸飛行器，分別有六個、八個螺旋槳
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6:24 - 6:26可以提供安全余量
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6:26 - 6:28但系四軸更加受歡迎
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6:28 - 6:30因為佢有最小數量嘅
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6:30 - 6:32馬達同螺旋槳組合：四套
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6:32 - 6:34咁系咪呢？
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6:49 - 6:52如果我哋只用兩個螺旋槳
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6:52 - 6:54分析呢臺機器嘅數學模型
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6:54 - 7:01我哋發現有種奇特嘅方式可以令佢飛起嚟
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7:08 - 7:10我哋唔可以控制偏航
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7:10 - 7:13但系滾轉、俯仰同加速度仲可以控制
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7:13 - 7:18只要算法可以处理呢种新嘅配置
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7:22 - 7:24数学模型精确咁话我哋知几时
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7:24 - 7:26点解呢種飛法嘅可能性
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7:26 - 7:29呢個例子到，同樣知識可以令我哋設計出
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7:29 - 7:31全新嘅機器結構
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7:31 - 7:35或者優雅應對損害嘅聰明算法
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7:35 - 7:37就同人類運動員一樣
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7:37 - 7:41而無須建造有安全餘量嘅機器
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7:41 - 7:43我哋一定會停止呼吸
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7:43 - 7:45當我哋睇到跳水運動員空翻入水
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7:45 - 7:47或撐杆跳運動員在空中翻轉
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7:47 - 7:49并快速著地
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7:49 - 7:51跳水嘅可否成功壓住水花？
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7:51 - 7:53撐杆跳嘅著地掂唔掂？
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7:53 - 7:55假設我哋希望呢臺四軸
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7:55 - 7:57表演三個空翻，然後停系
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7:57 - 8:00佢原來嘅位置
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8:00 - 8:02呢個動作做起身，快到
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8:02 - 8:06我哋用唔到定位反饋信息嚟糾正執行過程嘅動作
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8:06 - 8:08時間根本唔夠
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8:08 - 8:11所以，四旋翼只能夠盲目執行動作
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8:11 - 8:14睇下自己點樣完成呢個動作
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8:14 - 8:16然後利用呢個信息去修改自己嘅動作記錄
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8:16 - 8:18令到下一個翻轉好啲
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8:18 - 8:20類似跳水同撐杆跳運動員
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8:20 - 8:22只有通過反復練習
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8:22 - 8:24先可以學好動作
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8:24 - 8:26並且做到最好
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8:34 - 8:39（掌聲）
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8:39 - 8:43好多運動入面，擊打運動嘅波系一項好必要技能
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8:43 - 8:44我哋點樣令機器做到
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8:44 - 8:48運動員好隨便就做到嘅動作？
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9:04 - 9:11（掌聲）
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9:11 - 9:13呢部四旋翼個頭綁佐個球拍
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9:13 - 9:17最有效擊球點同蘋果差唔多大，啱啱好
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9:17 - 9:20接落嚟嘅計算頻率大概系20毫秒一次
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9:20 - 9:22亦即系每秒50次
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9:22 - 9:24我哋首先計算到個波飛去邊
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9:24 - 9:27跟住計算四旋翼要點樣打波
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9:27 - 9:30於是四旋翼就飛去個波嘅計算位置
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9:30 - 9:34第三步，計算出一條
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9:34 - 9:37從四旋翼到擊球點嘅飛行軌跡
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9:37 - 9:41第四步，我哋只執行上幾個程序20毫秒
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9:41 - 9:4420毫秒過去，重複以上成個程序
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9:44 - 9:46直到四旋翼打到個波
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9:56 - 9:58（掌聲）
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9:58 - 10:02機器唔單止可以獨立做以上動作
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10:02 - 10:03仲可以一齊嚟
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10:03 - 10:07呢三部四旋翼就一齊帶住個球網飛
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10:17 - 10:22（掌聲）
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10:22 - 10:24區地做佐個非常迅速
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10:24 - 10:26非常合作嘅動作
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10:26 - 10:28嚟丟翻個波俾我
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10:28 - 10:33注意咯，個網全部打開個陣，呢啲四旋翼全部豎直
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10:36 - 10:38（掌聲）
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10:38 - 10:41實際上，當個網全部打開
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10:41 - 10:43會產生大約5倍於笨豬跳
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10:43 - 10:48最低點嘅力量
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10:51 - 10:54做一齊打波動作嘅算法好簡單
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10:54 - 10:57類似一部四旋翼打波
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10:57 - 11:00利用數學模型持續計算
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11:00 - 11:04合作策略，每秒計算50次
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11:04 - 11:06我哋目前睇到嘅所有野
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11:06 - 11:09都有關機器同佢地能力
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11:09 - 11:12如果我哋將機器嘅運動能力
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11:12 - 11:14同人類結合，會點呢？
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11:14 - 11:17系我面前嘅系一部商業姿態傳感器
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11:17 - 11:19主要用於遊戲
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11:19 - 11:20佢可以實時識別我身體
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11:20 - 11:23唔同部位嘅動作
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11:23 - 11:25同我之前用指揮棒相似
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11:25 - 11:27我可以用呢個傳感器當成系統嘅輸入設備
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11:27 - 11:30我地宜家就有一種用手勢以及簡單動作
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11:30 - 11:35同四旋翼互動嘅自然方式
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12:10 - 12:15（掌聲）
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12:24 - 12:28互動唔單止咁虛擬，都可以好實際
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12:28 - 12:30以呢部四旋翼為例
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12:30 - 12:32佢想停系呢個空間嘅固定位置
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12:32 - 12:36如果我要整開佢，佢會抵抗我
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12:36 - 12:40然後翻去佢中意嘅位置到
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12:40 - 12:43然而，我哋可以改變呢種行為
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12:43 - 12:45我哋可以用數學模型
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12:45 - 12:48去估算我用系四旋翼上面嘅力
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12:48 - 12:51只要我哋知道呢個力，就可以改變物理規則
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12:51 - 12:56當然系對四軸而言
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12:56 - 12:58依家四旋翼就好似系
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12:58 - 13:03粘性流體到
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13:03 - 13:05我哋依家可以好親密咁
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13:05 - 13:07同機器互動
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13:07 - 13:09我會用呢種新能力將
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13:09 - 13:12帶住攝像頭嘅四旋翼放系適當位置
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13:12 - 13:15嚟錄埋後面嘅演示
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13:24 - 13:27於是我哋可以同呢啲四旋翼有實體互動
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13:27 - 13:29都可以改變物理規則
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13:29 - 13:32等我哋嚟玩下
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13:32 - 13:33接落嚟，你會睇到呢啲四旋翼
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13:33 - 13:37一開始，就好似系冥王星咁輕飄飄
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13:37 - 13:39隨住時間增加，引力亦都加大
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13:39 - 13:41直到恢復地球引力為止
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13:41 - 13:43但系我向你保證我哋唔會有事
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13:43 - 13:47OK，開始
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13:54 - 13:57（笑聲）
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14:23 - 14:26（笑聲）
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14:26 - 14:29（掌聲）
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14:29 - 14:31呼！
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14:35 - 14:36你地一定諗緊
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14:36 - 14:38呢啲野好鬼好玩
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14:38 - 14:40你都可能會問自己
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14:40 - 14:44點解佢地要做機械運動員？
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14:44 - 14:47有人覺得，就好似野生動物玩遊戲
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14:47 - 14:50用嚟磨練技藝同能力
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14:50 - 14:52其他人諗，遊戲更應該喺社會角色性質
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14:52 - 14:53可以聚合團體
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14:53 - 14:57同樣，我哋模擬類比咗運動本身及其能力
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14:57 - 14:59嚟創造新嘅機器算法
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14:59 - 15:01將機器嘅潛能發揮到極致
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15:01 - 15:05機器嘅速度對我哋嘅生活方式有咩影響？
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15:05 - 15:07同我哋以前所有嘅創造發明一樣
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15:07 - 15:10佢地可能用嚟改善人類嘅生活條件
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15:10 - 15:13都可能俾人誤用同濫用
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15:13 - 15:15我哋面對嘅，唔喺技術選擇
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15:15 - 15:16而喺社會選擇
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15:16 - 15:18等我哋做個正確選擇
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15:19 - 15:20喺未來最大限度咁發揮機器優點
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15:20 - 15:22就好似運動能力
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15:22 - 15:24可以最大限度咁發揮我哋嘅優秀潛能
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15:24 - 15:27等我介紹你哋綠色幕簾后嘅魔法師
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15:27 - 15:30佢地喺飛行器競技場研究小組嘅現任成員
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15:30 - 15:35（掌聲）
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15:35 - 15:38Federico Augugliaro, Dario Brescianini, Markus Hehn
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15:38 - 15:41Sergei Lupashin, Mark Muller 同 Robin Ritz
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15:41 - 15:43記得留意佢哋，佢哋必定有偉大成就
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15:43 - 15:44多謝大家
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15:44 - 15:50（掌聲）
- Title:
- 四旋翼飛行器驚人嘅運動能力
- Speaker:
- Raffaello D'Andrea
- Description:
-
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喺 TEDGlobal 嘅機器人實驗室，Raffaello D'Andrea 展示佢嘅四旋翼飛行器。飛行器有自主學習能力嘅算法，做到好似運動員咁樣思考，可以解決物理運動問題。佢一連串精采咁示範咗無人機可以接住物件、平衡，同埋做決定。最後，留意動力控制四旋翼飛行器呢一幕，因為呢部飛行器勁到令你好想要返部。
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:08
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Alan Watson edited Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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Dimitra Papageorgiou approved Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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Jin Ge accepted Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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