大數(shù)據(jù)文摘出品

來(lái)源：IEEE

過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，科學(xué)家們執(zhí)著于開(kāi)發(fā)出一個(gè)能在平坦的表面上行走而不會(huì)摔倒的雙足機(jī)器人。

如今，隨著Agility Robotics和Boston Dynamics等公司的努力，我們甚至可以期望雙足機(jī)器人在某些動(dòng)態(tài)任務(wù)上能達(dá)到或超過(guò)人類的表現(xiàn)。

那下一步呢？

人類在進(jìn)步，機(jī)器人同樣。雙足機(jī)器人的下一歌目標(biāo)似乎是要突破人類表演的極限，也就是雜技。

我們知道，IHMC一直在開(kāi)發(fā)一款名為Nadia的兒童大小的雜技人形機(jī)器人，現(xiàn)在，MIT的Sangbae Kim實(shí)驗(yàn)室也加入了進(jìn)來(lái)，研究人員表示，他們正在研究新型雜技機(jī)器人。

麻省理工學(xué)院仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研發(fā)出了各種機(jī)器人，包括Cheetah和HERMES。最近，他們一直在用Cheetah進(jìn)行了各種研究，比如步態(tài)探索和一些簡(jiǎn)單的四足雜技。

在最近發(fā)表在arXiv上的一篇論文中，Matthew Chignoli、Donghyun Kim、Elijah Stanger-Jones和Sangbae Kim描述了“一種新的人形機(jī)器人，一種可感知執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器，和著陸控制器，作為用于人形機(jī)器人高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分”。

不僅僅是機(jī)器人本身，還有所有必要的軟件基礎(chǔ)設(shè)施，以使其按照他們的意愿行事。

首先讓我們談?wù)動(dòng)布@是MIT的人形機(jī)器人是通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)的。麻省理工學(xué)院的Matt Chignoli說(shuō)，它的外觀看上去有點(diǎn)像Cheetah的直立版，但這其實(shí)是不正確的。雖然機(jī)器人的軀干和手臂與Cheetah非常相似，但腿部設(shè)計(jì)是全新的，并具有重新設(shè)計(jì)的執(zhí)行器，具有更高的功率和更好的扭矩密度。

Chignoli在一封電子郵件中寫(xiě)到：“腿部設(shè)計(jì)的主要重點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)人類步行和跑步時(shí)的那種平滑動(dòng)態(tài)的‘腳跟到腳趾’動(dòng)作，同時(shí)保持低慣性以與地面接觸進(jìn)行順暢的交互。”“動(dòng)態(tài)腳踝動(dòng)作在類人機(jī)器人中很少見(jiàn)。我們希望開(kāi)發(fā)出能夠模仿人類腿部動(dòng)作的健壯、低慣性和強(qiáng)大的腿部?！?/p>

設(shè)計(jì)策略很重要，因?yàn)樵陬惾藱C(jī)器人領(lǐng)域，目前由液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人和具有串聯(lián)彈性致動(dòng)器的機(jī)器人主導(dǎo)。隨著我們繼續(xù)提高本體感受執(zhí)行器技術(shù)的性能，我們的目標(biāo)是，證明高扭矩密度、高帶寬力控制和減輕沖擊能力的獨(dú)特組合是高動(dòng)態(tài)的最佳選擇，對(duì)于任何有腿機(jī)器人來(lái)說(shuō)都是如此。

這項(xiàng)工作看上去似乎很容易，但那只是模擬，你可以在模擬中得到任何東西。研究人員正在投入大量工作來(lái)準(zhǔn)確地模擬動(dòng)作，尤其是機(jī)器人在執(zhí)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)行的詳細(xì)物理約束的建模，這樣就能讓規(guī)劃者考慮到這些限制，從而使最終的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與模擬得以準(zhǔn)確匹配。

“當(dāng)談到機(jī)器人的能力時(shí)，我們?cè)谀M中展示的任何東西都應(yīng)該在機(jī)器人上可行，”Chignoli說(shuō)，“我們模擬了包括機(jī)器人執(zhí)行器和電池的詳細(xì)模型，這些模型已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這種詳細(xì)的模型并不經(jīng)常包含在機(jī)器人的動(dòng)態(tài)模擬中”。

“盡管我們相信我們的模擬器能夠以高保真度準(zhǔn)確模擬我們機(jī)器人的物理能力，但其仍有一些不確定性，因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)是將特技動(dòng)作部署到硬件上，”Chignoli解釋道，“主要的困難是狀態(tài)估計(jì)，我們一直在利用與無(wú)人機(jī)狀態(tài)估計(jì)相關(guān)的研究，該研究利用了視覺(jué)里程計(jì)。但是，如果沒(méi)有組裝的機(jī)器人來(lái)測(cè)試這些新的估計(jì)策略，就很難判斷模擬是否為這些類型的事物的真實(shí)轉(zhuǎn)移”。

如今，MIT Humanoid的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)在夏天開(kāi)始進(jìn)行建造，最終目標(biāo)是讓機(jī)器人能在具有挑戰(zhàn)性的地形上跑酷。根據(jù)Chignoli的說(shuō)法，真正重要的貢獻(xiàn)是框架而不是機(jī)器人本身：我們?cè)谌诵螜C(jī)器人上展示的雜技動(dòng)作與實(shí)際雜技無(wú)關(guān)，更多地是關(guān)于完成此類動(dòng)作的能力對(duì)硬件和控制框架意味著什么。就機(jī)器人的能力而言，運(yùn)動(dòng)很重要，因?yàn)槲覀冏C明，至少在模擬中，我們可以使用完全不同的驅(qū)動(dòng)方案復(fù)制波士頓動(dòng)力ATLAS的動(dòng)態(tài)特性。

當(dāng)人們考慮如何設(shè)計(jì)下一代動(dòng)態(tài)人形機(jī)器人時(shí)，驗(yàn)證本體感受器可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行此類運(yùn)動(dòng)所需的扭矩密度，同時(shí)保留低機(jī)械阻抗和高帶寬扭矩控制的優(yōu)勢(shì)非常重要。

相關(guān)報(bào)道：

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/mit-dynamic-acrobatic-humanoid-robot

原標(biāo)題：《MIT正在研發(fā)全新跑酷機(jī)器人，腿部設(shè)計(jì)是亮點(diǎn)，夏季開(kāi)始正式構(gòu)建》

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