Abstraction of Abstractions of ICRA 1984

AOA系列把历年各大机器人相关会议（ICRA，IROS，RSS，CoRL）和manipulation有关的文章的abstract提取出来，并做一个简评。大家如果对原文感兴趣，可去网盘查阅。

这个系列一方面是希望大家能尽快概览一遍过去的人都在做什么，一方面也是祛魅。

本期关注文章：31/74

太长不看

ICRA第一届会议起源于1984年，尽管如此，机器人在此之前就已经发展起来了，机械臂的基本硬件设计，从第一版到现在没有根本性的区别。适用于机械臂的planning的经典算法，早在这届会议之前就被提出Lozano-Perez79,Lozano-Perez81。 因此这届会议，比IROS的第一届会议（88年）要早，但仍不是机器人research的开端。我没有刻意去考证溯源，就姑且还是从第一届ICRA开始回顾机器人这近40年的发展。更早的历史和基础信息大家可以通过机器人学的课程获知，推荐两门公开课国立交通大学, 斯坦福公开课。

很有意思的是，尽管早期的系统相对比较简陋，各方面技术都不成熟。但机器人界要研究什么样的问题，基本上都已经出来了，可以说这么多年来，除了硬件软件更成熟，从思想层面很难说有什么本质上的变化。这会导致一个很直观的感觉就是，看着过去的文章，如果被标题唬住了，会觉得什么东西都没有做头了。

所以对于Robotics相关的research，不要问“这个idea前人没想过吗？”，因为前人肯定想过，关键在于他们做得怎么样。

各track分类是我自己分的，难免有错漏。机器人的方向很多，我下面说一下哪些方向是我没有关注的：

  1. 关于如何造机器人的，这部分topic涉及基本机器人学，比如inverse kinematics，dynamics，以及它们在仿真中的计算；还有硬件上的，如何造传感器，消除延迟，震动等。尽管我们不造机器人或者机械手，但是我们应该意识到，机器人能做多大的事，归根结底还是要取决于硬件的能力的。
  2. 关于传感器，我们严格区分multi-modal的话题和造传感器的文章。前者可以拧出来看看，后者就算了。
  3. 关于locomotion的话题比较纠结，因为很多机械臂的motion planning是退化到点（小车）来思考的，而且manipulation里面有一个交叉方向是mobile manipulator（也包括humanoid），现在还是有人关注的。但出于珍惜生命考虑，我暂时还是先不管了，感兴趣的同学可以日后survey。无人车属于locomotion的分支。
  4. Robot Vision方向是我们比较熟悉的，因此除非一些想法特别有意思，否则我也不提了。
  5. Robot learning的概念很晚，所以早期是不会有我们现在所谓robot learning的东西。等到这个概念出现的时候，会单独讨论一下。
  6. 关于Simulation，以前的simulation的文章放到现在大多被集成在一个个的库里了，这个放现在可能就是机器人学的最终大作业，所以我对此类文章也不专门记录，而且做这一块的核心主力应该在CG圈子。simulation2real是一个直到现在都很重要的课题，不过一般是归属于robot learning的框架。
  7. 工业级大型系统。我感觉在robotflow的项目周期里能考虑到两手合作就不错了，再大型的系统没必要现阶段考虑。

Robotics System

  • NNS A Lisp-based environment for the integration and operating of complex robotics systems
    • 用于flexible assembly cell上的机器人系统，flexible assembly cell是什么google图片一下就知道。
  • A robust natural language interface to a robot assembly system
    • 一套用自然语言和机器人交互的系统，需要包含几个特点：1. 自然语言的命令和low-level操作的关系；2. 对于一个一般性问题，它可以自底向上地归纳；3. 对于一个具体地问题，它可以自顶向下地解决；4. 它可以学习关于物体的新知识，并用新知识回答之前未回答的问题；5. 学习一个新的plan；6. 能处理自然语言在一些词语缺失，语法变化等情况下的意思。
    • 当年肯定是不可能把这些要求完全实现啦（现在可能都不行），但他通过一个比较简单的实验和系统，总结出了一些规律（未必是很一般的）。
  • A robot operating system
    • 早期robot的操作系统，不是我们现在熟知的ROS的前身，可能当年斯坦福那俩博士生在写ROS的时候有看过这篇文章（吧？）
  • Adaptive path control of a manipulator with visual information
    • 利用视觉信息定位，然后path planning，然后control。可以说是早年的robotflow了（误！）
  • Pipelined approach to inverse plant plus jacobian control of robot manipulators
    • 怎么在多处理器系统中利用流水线来加速计算时间？
  • Introduction to RCCL A robot control -C- library
    • Yet another早年类RobotFlow项目
  • An efficient scheme for monitoring sensory conditions in robot systems
    • 定点数加速处理raw sensor data，不接收图片
  • Controlling robots with an english-like high-level hierarchical command language -HIROB-
    • 自然语言做输入，中间一个domain specific language来调和，底层是low-level的robot language。

Robot Vision Track

这部分只记录我粗看一下觉得比较有意思的想法，可能看走眼。

  • Representing shape
    • 印象比较深刻的是讨论很多对称，curvature discontinuity的情况，现在大家比较多的是考虑smooth，或者怎么把这些极端情况近似smooth。但反过来考虑极端情况，可能也是一个不错的思路。

Active/Interactive Perception

  • REPLICA–A reconfigurable partitionable highly parallel computer architecture for active multi-sensory perception of 3-dimensional objects
  • Surface descriptions from vision and touch
    • 通过vision定shape，通过touch定相对深度，恢复出所谓2.5D的sketch

Tactile Track

tactile是active/interactive perception里很重要的一个modality，严格来说所有用tactile来做点什么事情的都可以归属到active/interactive perception的范畴。不过因为它尤其重要，而且我们近期多半用不到，所以还是单独拧出来。

  • Automated touch sensing A brief perspective and several new approaches
    • tactile对小物体，精细操作的重要性（比如小物体拿在手上就看不见了，除非这个物体拿的时候一切都很对，否则一旦出问题，比如pose有点不好，就很难调整）。该文发表的时候，tactile这一块还刚刚起步，直到今天关于tactile的研究也很少，主要原因还是传感器太贵。
    • 这篇文章属于前沿展望，没太多技术内容在里面。
  • Interpretation of contact geometries from force measurements
    • 获取接触的力的信息一个主要的功能就是可以做contact的建模
  • Model-based recognition and localization from tactile data
  • Collision avoidance for robots in an experimental flexible assembly cell
    • 这是特定场景下的collision avoidance问题。基本还是按照gross motion，fine motion，error recovery的路子在走。用的方法是Petri nets和图搜索。
  • Obstacle avoidance using an octree in the configuration space of a manipulator
    • 把obstacle的坐标投到configuration space，再通过octree管理，这是一个很经典的做法，我不确定这是不是第一篇。
  • Automatic planning of fine motions Correctness and completeness
    • fine motion就是细微动作，比如插拔最后差了1~2mm，怎么不用重来，微调补救？

Task Planning Track

  • A user-friendly high-level robot teaching system
    • 早期的task planning框架，现在都被pddlstream集大成了。
  • A representation of time for automatic planning
    • 没有看正文，感觉上是考虑时间信息的reasoning，就是给每个时间段打一个时间戳，考虑时间上的联系，而不只是逻辑上的联系。

Control Track

  • Control performance as an entropy An integrated theory for intelligent machines
  • Flexibility control of elastic robotic arms and its application to contouring control
    • 对elastic手臂的control
  • Motion control of industrial robots with closed loop trajectories
    • plan的时候没考虑动力学，那么现实执行的差要怎么弥补？
  • Adaptive self-tuning control of manipulators in task coordinate system
    • 一套hybrid control方法
  • A hierarchical system structure for coordinated control of industrial manipulators
    • position control也能套个hierarchy，low-level的控制每个joint，high-level的控制每一个low-level的controller

Grasping Track

  • Feeling by grasping
    • 抓取时要考虑物体几何的约束，手的几何的约束，被约束的物体的动力学（杯口朝上）
  • Computer architecture for grasping
    • 考虑了tactile的grasping系统

Assembly Track

  • Parts entropy methods for robotic assembly system design
    • 把assembly过程建模成part entropy减小的过程，part entropy通过parts的位姿在某一个assembly步骤中的概率分布来确定。

Calibration Track

  • Improving the precision of a robot
    • 对机器人本体做calibration，这个我们是不太可能做了，主要靠专门的工程师。以后这个track只关注hand-eye calibration相关的文章。

Dual Arm/Robots Track

  • Coordinated control of two robot arms
    • 一个有bug的双臂control方法
  • Coordinate transformations for two industrial robots
    • 提出了两种解决坐标变换问题的方法
  • On the design of multi-robot systems
    • 传送带，共享工作空间的两个机械臂的避障问题。