提醒：點上方↑↑↑“機械微學”關(guān)注后 腦洞大

　　6月1日，騰訊 AI Lab 及 Robotics X 實驗室主任張正友博士在機器人行業(yè)頂會 ICRA 2021 做大會報告，分享了實驗室在機器人移動研究領(lǐng)域的布局與進展。實驗室研發(fā)中的輪腿式機器人Ollie首次對外展示，在視頻中表現(xiàn)了雙輪平衡、多模態(tài)移動、跳躍、360度空翻等運動能力。

　　輪腿式機器人（wheel-legged robot）兼具輪式優(yōu)勢和腿部能力，平地移動快、效率高、噪音低，借助腿部能力則能完成適應不平地面、跳躍通過臺階等動作，越障能力強。視頻中，Ollie就像技巧高超的花滑高手，不僅能在多種地形上平穩(wěn)滑動，還能靈活越障，秀出花式動作。

　　相關(guān)研究論文被 ICRA 2021 收錄，介紹輪腿式機器人平衡控制器的設(shè)計思路與實驗結(jié)果。ICRA 全稱 IEEE International Conference on Robotics and Automation（國際機器人與自動化會議），是機器人領(lǐng)域最有影響力的國際學術(shù)會議之一。

　　跳躍空翻都很穩(wěn)

　　要讓機器人應對復雜地形，跳躍能力不可或缺。最低身高只有35厘米的Ollie，可以跳上40厘米的臺階，豎直起跳高度最高可達60厘米。

　　進一步挑戰(zhàn)運動能力極限——空翻。Ollie 身體微傾，瞬間發(fā)力起跳，并舒展“尾巴“輔助翻轉(zhuǎn)，“尾巴”和身體在空中配合流暢順滑；隨著雙輪穩(wěn)穩(wěn)落地，Ollie 干脆利落地完成了高難度的空中翻轉(zhuǎn) 360 度動作。

　　雙輪模式下，機器人與地面只有兩個接觸點，對平衡能力提出更大挑戰(zhàn)。在變換身高過不平整地面和面對外界干擾時，Ollie 都能完美保持平衡。

　　實驗室還初步探索了 Ollie 的負載能力，實現(xiàn)在三輪穩(wěn)定模態(tài)下搭載機械臂，完成簡單操作任務(wù)。

　　集成并拓展實驗室移動技術(shù)

　　Ollie 在機械本體、整機系統(tǒng)與控制軟件上集成迭代了實驗室技術(shù)積累，并重點在運動規(guī)劃與控制上突破創(chuàng)新，新增的全身動力學控制與整機參數(shù)辨識提升了機器人運動的精準度、靈活度以及柔順性，拓展了實驗室的移動技術(shù)布局。

　　Ollie的機械設(shè)計大有玄機：單腿采用并聯(lián)機構(gòu)，與身體形成五連桿結(jié)構(gòu)，使整體具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能高、爆發(fā)力強的特點；“尾巴”的獨特設(shè)計一方面為Ollie提供額外角動量，助其完成更高動態(tài)運動，如空翻。同時“尾巴”可充當?shù)谌龡l腿，增加穩(wěn)定性，為搭載機械臂完成更多任務(wù)提供可能。

　　非線性控制技術(shù)讓機器人具備良好的平衡能力，此前實驗室研發(fā)的自平衡自行車已應用同類技術(shù)，在靜止及行進狀態(tài)下均保持平衡不倒。針對輪腿式機器人的形態(tài)和特點，適應性地應用非線性控制方法，控制器不再受限于模型的可線性化區(qū)間內(nèi)，使機器人 Ollie 在大角度傾斜時也具有良好的平衡能力和魯棒性。

　　全身動力學控制則讓 Ollie 實現(xiàn)更具挑戰(zhàn)的運動，如在空翻落地和抗打擊時，面對突如其來的巨大沖擊，Ollie 能“以柔克剛”。這套控制技術(shù)基于機器人全身動力學，采用最優(yōu)化方法求得全身各關(guān)節(jié)力矩，通過電機的力矩控制，實現(xiàn)機器人的全身姿態(tài)控制，提升抗外界干擾的能力。

　　Ollie 能夠完成跳躍和空翻，得益于其出色的軌跡規(guī)劃能力。在完成這些動作時，Ollie 提前“想好”運動軌跡，即如何應用自身的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特點，最大程度地發(fā)揮關(guān)節(jié)電機性能來實現(xiàn)目標運動。Ollie 以全身動力學模型為基礎(chǔ)，將整個跳躍或空翻過程分解為起跳、飛行、落地三個階段，通過優(yōu)化手段得到完成整個運動的關(guān)節(jié)電機位置、速度和關(guān)節(jié)力矩的參考值序列，再結(jié)合全身動力學控制完成了一系列高動態(tài)動作。

　　目前 Ollie 還處于研發(fā)階段，實驗室將基于輪腿式機器人平臺的機動性特點，拓展平臺上感知、負載等各功能模塊搭建，讓機器人具備更成熟、更豐富的能力，走進更多生活場景。