人形機器人踢「世界盃」有經驗！主動躲避摔傷風險，跟蹤目標精準進球

大資料文摘授權轉載自機器人大講堂

機器人也踢世界盃？而且還是每年一次？

見過了各種跑酷、跳舞、翻跟頭的人形機器人，機器人會踢足球似乎也不是什麼新鮮事了。不過有這樣一個競賽，每年都把全世界的人形機器人集結起來，一決高下，還是值得圍觀一看的。

眾所周知，RoboCup是國際上最具水平和影響力的機器人賽事，它每年舉行一次，不僅具有很強的趣味性、科普性與觀賞性，還為機器人學、人工智慧、多智慧體系統、模式識別、計算機視覺等前沿學科提供了理想的模擬與實驗平臺。

在最近幾年的RoboCup中，一隻隊伍突出重圍，連續幾年都取得了不菲的成績，來看看它在球場的精彩時刻：

賽前準備，先探頭探腦的觀察下地形：

上場後立馬鎖定足球，敢和我搶球？撞倒你！

團團圍住，準備射門：

誒？差一點就進球了？

隊友幫忙補一腳，球進啦！

這是由德國漢堡大學制造的WF Wolves戰隊，它是一個專為 RoboCup 設計的開源人形平臺，他們沒有使用RoboCup中常見到的圓頭圓腦的達爾文型機器人，而是開發了自己的戰隊機器人，在靈活性、穩定性上都得了很大的提升。

要成為一名合格的「足球運動員」，機器人首先要扛得住摔，那就要在硬體上下功夫。

抗摔的第一步：體重不能太重。

WF Wolves機器人的製作材料為碳纖維，這是一種非常輕便的材料，可以保證機器人的輕盈體態；其次，機器人由許多3D列印元件製成，可以簡單地進行快速原型製作。

抗摔的第二步：關節緩衝，以免「骨折」。

機器人的膝蓋使用扭矩彈簧來減少關節的負荷，頭部和肩膀均採用了3D列印的彈簧元件，允許關節在受到衝擊時移動，以免損壞電機。

抗摔的第三步；主動避免傷害。

即便有了輕盈的體態和彈性關節，如果受到強烈撞擊讓機器人直挺挺的倒在地面上，那依然無法避免損害。研究人員利用了故障檢測演算法，一旦檢測到機器人受到撞擊摔倒，會立刻將手臂移到安全位置，主動避免傷害。

抗摔設計是必須的，不過當在球場上受到撞擊時，機器人最好不要跌倒，可以繼續走路並保持平衡，WF Wolves在這方面也表現的很好，研究人員用一個裝滿的大桶水以一定的加速度撞擊正在踏步走的WFWolves，來測試它是否能夠承受一定的撞擊力。

雖然機器人有點向後仰的趨勢，但總體看來還不錯。

此外，還對WF Wolves進行了反應力測試，就是測試它是否能在摔倒後立刻站起來。

研究人員毫不客氣踢了WF Wolves的屁股一腳，機器人倒下去的同時「下意識」的立刻縮回手，避免胳膊關節受損：

之間它趴在地上的下一秒，手臂來了個360度轉體，以跪臥的方式站起身來：

不同的倒地方式絲毫不會影響機器人的快速反應並站立起身的能力，如果是後仰倒地，機器人可以「鯉魚打挺」站起來：

側面倒下去也沒問題：

底層基礎建好了，可別忘記足球賽最重要的是得分。

在踢球時，機器人需要區分場上障礙物和目標足球之間的區別，對於我們人類來說，這聽起來微不足道，但機器人一開始並沒有將足球視為足球的概念。

研究人員利用卷積神經網路為球場提供了更多定位，可以檢測到足球、球場界限、球門柱等，用De-Noise去噪以提高足球檢測，避免運動模糊。

機器人不完全依賴於視覺系統，為了防止機器人忘記了球的位置，在不依靠視覺的情況下，研究人員開發了一種基於粒子濾波器來更可靠的跟蹤足球，這樣即使WF Wolves沒有看到球門，也能知道將球踢往哪裡。

WF Wolves是一個開源的機器人項目，更多資料戳：

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

【參考連結】

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

https://bit-bots.de/en/

https://www.youtube.com/watch?v=16JhWl9DK6A