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
意味著乜嘢？ -
0:15 - 0:18我哋會借助四旋翼飛行器（四旋翼）
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0:18 - 0:20去展示機器運動嘅概念
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0:20 - 0:23同埋我哋喺機器運動方面嘅研究
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0:26 - 0:28四旋翼已經面世好耐
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0:28 - 0:32佢哋最近大熱嘅原因
係因為佢哋嘅機械原理簡單 -
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呢部機器就可以翻側、俯仰、偏航
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0:37 - 0:40仲可以向任何一個方向加速
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0:40 - 0:46呢部機器有電池、微型電腦
各種傳感器同無線電收發器 -
0:47 - 0:51四旋翼靈活係有代價嘅
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0:52 - 0:54佢天生唔夠穩定
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0:54 - 0:58所以需要自動反饋控制
至保證可以飛得到 -
1:04 - 1:06咁點樣做到自動反饋呢？
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1:07 - 1:10天花板嘅攝像鏡頭同呢部手提電腦
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1:10 - 1:12形成咗室內嘅定位系統
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1:12 - 1:14用嚟定位空間入面嘅物件
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1:14 - 1:17每件物件都有呢種反光標記
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1:17 - 1:19收集到嘅定位數據會發送去
另一部手提電腦 -
1:19 - 1:21執行估算同控制算法
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1:21 - 1:23跟住電腦會發送控制指令畀四旋翼
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1:23 - 1:25四旋翼亦都會執行計算同控制算法
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1:30 - 1:32我哋研究嘅重點就係算法
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1:32 - 1:35算法賦予呢啲機器活力
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1:36 - 1:41咁係點樣設計出算法
令機器可以郁嘅呢？ -
1:41 - 1:43我哋利用廣義稱為
「以模型為基礎嘅設計方法」 -
1:43 - 1:49我哋首先利用數學模型
掌握機器運動嘅物理數據 -
1:49 - 1:51然後用數學嘅一個細分學科
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1:51 - 1:56叫做控制理論，分析模型同合成算法
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1:56 - 1:58從而控制四旋翼
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1:58 - 2:01例如，我哋係咁樣控制四旋翼︰
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2:01 - 2:04首先，用一系列微分方程
掌握佢嘅運動數據 -
2:04 - 2:08藉著控制理論，我哋修改呢啲方程式
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2:08 - 2:10得出一啲算法嚟穩定四旋翼
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2:11 - 2:14等我示範下呢種方法有幾厲害啦
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2:17 - 2:20假設我哋想四旋翼停喺空中之外
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2:20 - 2:23仲要穩定一轆棍
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2:23 - 2:27經過簡單練習
人類已經可以做到呢個動作 -
2:27 - 2:29雖然我哋比四旋翼有優勢
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2:29 - 2:30我哋可以雙腿掂地
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2:30 - 2:33有好靈活嘅雙手輔助
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2:33 - 2:39但如果我金雞獨立嘅話，咁就有啲難
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2:41 - 2:46注意轆棍頂部有反光標記
用嚟判斷轆棍嘅空間座標 -
2:52 - 2:53（觀眾）哦！
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2:53 - 2:59（掌聲）
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2:59 - 3:02大家可以睇到部四旋翼一直喺度微調
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3:02 - 3:04令轆棍平衡
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3:04 - 3:07我哋係點樣設計算法搞掂嘅呢？
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3:07 - 3:11我哋將轆棍嘅數學模型輸入到四旋翼
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3:11 - 3:14只要我哋個模型有齊
四旋翼同轆棍嘅資料 -
3:14 - 3:18我哋就可以利用控制理論
建立控制算法去控制四旋翼 -
3:19 - 3:20睇下，就算我郁佢一下
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3:20 - 3:27佢都穩如泰山，都會返到去平衡點
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3:28 - 3:32我哋仲可以修改模型
加入四旋翼預定嘅空間座標 -
3:32 - 3:35用著呢條有反光標記嘅指揮棒
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3:35 - 3:38就可以點四旋翼去任何我想嘅位置
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3:38 - 3:40而且同我保持特定嘅距離
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3:47 - 3:50（笑聲）
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3:56 - 3:59呢啲特技動作嘅關鍵係算法
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3:59 - 4:03算法依賴數學模型同控制理論
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4:03 - 4:05等我指部四旋翼返嚟先
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4:05 - 4:07畀四旋翼放低轆棍
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4:07 - 4:09宜家我會講解
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4:09 - 4:13理解物理模型
同現實世界運作規律嘅重要 -
4:25 - 4:28留意喺我放杯水上去嘅時候
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4:28 - 4:29四旋翼嘅高度下降咗
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4:29 - 4:31唔似轆棍咁樣
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4:31 - 4:35我無喺四旋翼系統度
加入杯水嘅數學模型 -
4:35 - 4:38事實上，系統根本唔知道杯水喺度
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4:38 - 4:42同之前一樣，我可以用指揮棒
指揮四旋翼嘅走向 -
4:45 - 4:53（掌聲）
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4:53 - 4:58大家可能會問
點解玻璃杯嘅水唔會倒出嚟？ -
4:58 - 4:59原因有兩個：
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4:59 - 5:03第一，重力對所有物體嘅作用都係一樣
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5:03 - 5:08第二，所有螺旋槳都指向
同玻璃杯一樣嘅方向︰指向上 -
5:08 - 5:11呢兩點加埋，結果就係
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5:11 - 5:13杯水打側方向嘅作用力太細
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5:13 - 5:16四旋翼亦因此主要受到空氣動力控制
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5:16 - 5:19所以向側邊嘅力都可以忽略
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5:23 - 5:26亦因為咁，你無需為玻璃杯整數學模型
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5:26 - 5:29因為無論四旋翼做咩，水都唔會漏出嚟
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5:39 - 5:46（掌聲）
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5:46 - 5:47喺度想講嘅係
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5:47 - 5:51某啲高性能任務簡單過其他任務
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5:51 - 5:53同埋，理解問题背後嘅物理
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5:53 - 5:56你就可以知道邊樣簡單、邊樣難
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5:56 - 5:59呢個例子裏面
四旋翼頂住杯水飛就簡單 -
5:59 - 6:01平衡轆棍就難
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6:02 - 6:06我哋都聽過運動員受傷都可以完成壯舉
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6:06 - 6:10咁機器可唔可以
喺極度損壞嘅情況下運作？ -
6:11 - 6:12傳統科學認為，你要飛
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6:12 - 6:16起碼要四塊固定螺旋槳
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6:16 - 6:21因為要控制四範嘢︰
滾轉、俯仰、偏航同加速 -
6:21 - 6:24六旋同八旋飛行器
分別有六同八塊螺旋槳 -
6:24 - 6:26佢哋嘅螺旋槳足以應付所需
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6:26 - 6:28但係四旋更加受歡迎
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6:28 - 6:32因為佢有最少嘅螺旋槳：四套
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6:32 - 6:33係咪？
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6:49 - 6:54如果我哋分析呢台
只用兩個螺旋槳嘅機器嘅數學模型 -
6:54 - 6:58我哋發現有種新嘅方式可以令佢飛起嚟
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7:08 - 7:10就係只要算法容許嘅話
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7:10 - 7:12我哋放棄控制偏航
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7:12 - 7:16但係我哋仍然控制滾轉、俯仰同加速
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7:22 - 7:24數學模型精確咁話畀我哋知
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7:24 - 7:26幾時同點解呢種配置係有可能
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7:26 - 7:29喺呢個例子，數學模型嘅知識
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7:29 - 7:31令我哋設計出全新嘅機器結構
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7:31 - 7:37或者好似人類運動員一樣聰明
應對損害嘅算法 -
7:37 - 7:39而無需整多餘嘅部件
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7:41 - 7:43當我哋睇到跳水運動員空翻入水
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7:43 - 7:45或者撐杆跳運動員喺空中翻轉
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7:45 - 7:49然後快速著地，我哋一定會屏息以待
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7:49 - 7:51睇下究竟跳水嘅可唔可以壓住水花
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7:51 - 7:53撐杆跳嘅可唔可以站立著地
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7:53 - 7:56假設我哋希望呢台四旋翼表演三個空翻
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7:56 - 8:00然後停喺佢原來嘅位置
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8:00 - 8:01但呢個動作快到
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8:01 - 8:06我哋用唔到定位反饋信息
糾正執行過程嘅動作 -
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執行完之後
睇下自己點樣完成呢個動作 -
8:14 - 8:16然後修改自己嘅動作
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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呢個類似跳水同撐杆跳運動員
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8:20 - 8:22只有通過反覆練習
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8:22 - 8:25先可以學好動作，做到最好
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8:34 - 8:39（笑聲）
（掌聲） -
8:39 - 8:43好多運動入面，擊球係一項必須嘅技能
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8:43 - 8:47我哋點樣令機器做到
運動員隨便就做到嘅動作？ -
9:04 - 9:11（笑聲）
（掌聲） -
9:11 - 9:13呢部四旋翼個頭綁咗塊球拍
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9:13 - 9:16而最有效擊球點同蘋果差唔多大
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9:16 - 9:17所以唔係好大
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9:17 - 9:20部機嘅計算頻率係 20 毫秒一次
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9:20 - 9:22亦即係每秒 50 次
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9:22 - 9:24我哋第一步睇下個波飛去邊
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9:24 - 9:27第二步計算出四旋翼要點樣打波
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9:27 - 9:30四旋翼收到指令後
就飛去個波飛出嘅位置 -
9:30 - 9:37第三步，計算出一條從四旋翼
到擊球點嘅飛行軌跡 -
9:37 - 9:41第四步，我哋只執行
上幾個程序 20 毫秒 -
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運動
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10:02 - 10:03佢哋仲可以一齊嚟
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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 - 10:26佢哋做咗個非常有動態
非常合作嘅操作 -
10:26 - 10:28嚟丟返個波畀我
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10:28 - 10:30注意囉，個網全部打開個陣
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10:30 - 10:32呢啲四旋翼全部打側九十度
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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 - 10:46會產生相當於笨豬跳嘅人
跌到最低時五倍嘅力 -
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類似一部四旋翼打返個波畀我嘅算式
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10:57 - 11:02都係利用數學模型持續計算合作策略
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11:02 - 11:03每秒計算 50 次
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11:04 - 11:09我哋目前睇到嘅所有嘢
都同機器同埋佢哋能力有關 -
11:09 - 11:13如果我哋將機器嘅運動能力
同人類結合，會點呢？ -
11:14 - 11:17喺我面前嘅係一部商業用姿勢感應器
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11:17 - 11:19主要用喺遊戲
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11:19 - 11:23佢可以實時識別我身體唔同部位嘅動作
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11:23 - 11:25而同我之前用嘅指揮棒相似
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11:25 - 11:27我可以用呢個感應器
當成系統嘅輸入裝置 -
11:27 - 11:33我哋宜家可以用身體姿勢
自然咁同四旋翼互動 -
12:11 - 12:15（掌聲）
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12:24 - 12:28互動唔一定係虛擬，可以係現實嘅
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12:28 - 12:30以呢部四旋翼為例
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12:30 - 12:32佢想停喺空間嘅一個固定位置
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12:32 - 12:36如果我要擁開佢，佢會抵抗我
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12:36 - 12:39佢始終會返去佢想要嘅位置度
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12:40 - 12:43但係，我哋可以改變呢種行為
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12:43 - 12:48我哋可以用數學模型
估算我用喺四旋翼上面嘅力 -
12:48 - 12:50只要我哋知道呢個力
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12:50 - 12:53我哋就可以改變四旋翼嘅物理定律
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12:56 - 12:59依家四旋翼就好似喺粘性流體度
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13:03 - 13:07而我哋依家可以好親密咁同機器互動
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13:07 - 13:08我會用呢種新技術
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13:08 - 13:11將帶住攝像頭嘅四旋翼放喺適當位置
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13:11 - 13:14去錄低餘下嘅示範
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13:24 - 13:27正如頭先所講
我哋可以同四旋翼有實體互動 -
13:27 - 13:29亦可以改變佢哋嘅物理定律
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13:29 - 13:31等我哋嚟玩下呢樣
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13:32 - 13:33接著落嚟
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13:33 - 13:37你會睇到四旋翼
一開始好似喺太空咁輕飄飄 -
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但係我保證你同我唔會有事
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13:43 - 13:44好，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 - 14:30（掌聲）
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14:30 - 14:30呼！
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14:35 - 14:38你哋一定諗緊四旋翼嘅
開發人員有太多娛樂 -
14:38 - 14:40你都可能會問自己
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14:40 - 14:43點解佢哋要整運動機械人？
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14:44 - 14:46有人一口咬定話
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14:46 - 14:50「玩」嘅功能就係磨練
包括人在內嘅動物嘅技藝同埋能力 -
14:50 - 14:52其他人就諗，四旋翼更加有社會功能
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14:52 - 14:53可以用嚟聚合群體
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14:53 - 14:55對我哋嚟講
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14:55 - 14:59我哋用運動同崇尚運動嘅精神
創造咗新嘅機器算法 -
14:59 - 15:00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？ -
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佢哋可能用嚟改善人類嘅生活條件
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15:10 - 15:13亦都可能俾人誤用或者濫用
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15:13 - 15:16我哋面對嘅，唔係技術決定
而係社會決定 -
15:16 - 15:18等我哋做個正確決定
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15:18 - 15:20令最好嘅機器可以喺將來問世
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15:20 - 15:24就好似崇向運動嘅精神
發掘到運動潛能最勁嘅人咁 -
15:24 - 15:27等我介紹你哋四旋翼項目
背後勞苦功高嘅人 -
15:27 - 15:30佢哋係飛行器競技場
研究小組嘅現任成員 -
15:30 - 15:35（掌聲）
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15:35 - 15:38Federico Augugliaro,
Dario Brescianini -
15:38 - 15:39Markus Hehn, Sergei Lupashin
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15:39 - 15:41Mark Muller 同 Robin Ritz
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15:41 - 15:43請留意佢哋
佢哋日後一定會有偉大嘅成就 -
15:43 - 15:44多謝大家
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15:44 - 15:49（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 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，可以好似運動員咁樣思考，同埋解決物理運動嘅問題。佢精彩示範咗無人機點樣接住物件、平衡，同埋做決定。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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Alan Watson edited Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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Alan Watson edited Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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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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Jin Ge edited Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters | |
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Jin Ge edited Chinese, Yue subtitles for The astounding athletic power of quadcopters |