MIT類人機器人開始耍雜技了，看這個後空翻它漂亮麼？

機器之心報道

機器之心編輯部

最近，各式機器人可以說是十分火熱了。今年，騰訊釋出了多模態四足機器人 Max，繼 Max 之後，輪腿式機器人 Ollie，也能完成跳躍、360 度空翻等高難度動作。而 MIT 的研究人員也推出了一種可以執行後空翻等雜技動作的新型類人機器人，並提出了設計核心「執行器感知的動力學運動計劃器」和「著陸控制器」。

創造一個可以後空翻、旋轉跳躍、越過障礙物的機器人是非常具有挑戰性的，因為這些機器人通常需要複雜的硬體設計、運動計劃器和控制演算法。

後空翻領域最知名的機器人選手，是來自波士頓動力的 Atlas。它可以單腳站立，可以翻跟斗，甚至可以做出芭蕾舞步，但人們 Atlas 背後的技術祕密知之甚少。

最近，來自麻省理工學院和馬薩諸塞州大學阿默斯特分校的研究人員設計了一種可以執行後空翻等各種雜技動作的新型類人機器人，並提出了設計核心 - 執行器感知的動力學運動計劃器和著陸控制器，目前相關論文已經上傳在 arXiv 平臺。

論文連結：https://arxiv.org/pdf/2104.09025.pdf

負責開發機器人軟體和控制器的研究者 Donghyun Kim 表示：「在這項工作中，我們試圖提出一種控制演算法以使類人機器人執行各種雜技動作，併為此首先通過實驗確定了執行器的效能和運動計劃器的主要侷限性。」

為了執行高度動態的行為，機器人通常需要有效地利用執行器。大多數現有的機器人設計都不能完全解決與硬體相關方面的挑戰，例如在高扭矩、高速運動期間可能發生的電壓下降。

正如 Donghyun Kim 所說：「對機器人來說，執行動態運動是一項挑戰，因為他們的操作員必須首先了解硬體和軟體之間的關係。我們基於對機器人硬體積累的經驗和知識，試圖使用控制演算法來解決動態運動中的關鍵硬體侷限性。」

Donghyun Kim 及其合作者開發了一種新方法，可以處理在運動計劃和控制過程中與高度動態的機器人行為相關的約束。結合他們提出的機器人設計，就可以實現更多例如雜技表演的動態運動。

這一新型的類人機器人與過去開發的其他類人機器人之間最明顯的區別就是執行器。研究者通過幾款四足機器人，包括 MIT Cheetah 獵豹 1、2、3 以及 mini Cheetah 機器人的出色效能證明了執行器技術的顯著改進。新型的類人機器人應用了相同的執行器技術，具有高度可反向驅動、快速精確的扭矩控制等特點，以及緊湊堅固的外形。

具體而言，MIT Cheetah 機器人的設計獨特地結合了扭矩密集型電動機、高頻寬力控制以及通過反向驅動減輕影響的能力。這種設計正規化允許機器人產生將自身推進到空氣中所需的脈衝，同時還提供機械魯棒性，使其能夠控制在著陸時發生的高速撞擊。採用了相同的設計原則，接近最終設計的虛擬模型如下圖所示。

下圖所示機器人高約 0.7 m，重約 21 kg。大約 75.6% 的質量集中在機器人的軀幹、肩部和臀部，22.5% 在機器人的腿，其餘 1.9% 在機器人的手臂。機器人的每條腿都有五個定製的執行器：三個用於臀部，一個用於膝蓋，一個用於腳踝的間距。膝關節、踝關節和肘關節包含一個皮帶傳動系統，可在這些關節處提供更高的扭矩。每條腿可以在每隻腳上產生 3D 地面反作用力以及圍繞每隻腳的俯仰軸和偏航軸的力矩，執行器設定詳見下圖。系統將由高效能 60V、3Ah 電池組供電，四個無線接觸感測器被安裝在每隻腳的腳後跟和腳趾上，以檢測接觸時間。

隨後，Donghyun Kim 和他的同事在模擬中測試了他們的機器人設計、運動計劃器、著陸控制器以及各種雜技行為。

可以高效完成各種複雜任務是將來 MIT 類人機器人研發的目標。同時，研究人員計劃在現實世界中測試他們的設計、運動計劃器、控制演算法。

「我們會繼續在真實的機器人中測試開發的控制演算法，並推動有腿機器人的動態能力，」 Donghyun Kim 說。「我們還計劃將感知系統整合到我們的控制演算法中，讓機器人更加能夠對外部環境的變化做出響應。」