騰訊機(jī)器狗首次曝光！腳踩梅花樁，功夫很到家
一只能走梅花樁的機(jī)器狗
金磊 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
最近因?yàn)轳R老師，「中國功夫」話題甚是火熱。
那我們今天就來看一只很有「武德」的機(jī)器狗——能跑、能跳，而且還能走梅花樁！
這只四足機(jī)器人名叫Jamoca，由騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室打造，借用了云深處的硬件來承載系統(tǒng)技術(shù)。
Jamoca 是國內(nèi)首個能完成走梅花樁復(fù)雜挑戰(zhàn)的四足機(jī)器人，其工作進(jìn)展屬于移動方向上的技術(shù)突破，也是機(jī)器人最基礎(chǔ)的能力之一。
話不多說，是時候展現(xiàn)真正的技術(shù)了。
梅花樁上迎來新「武者」
Jamoca的本體，是基于外部提供的硬件平臺改裝。
它的「三圍」信息如下：
重約70公斤，長1米、寬0.5米、站高0.75米。
除了在外部構(gòu)造之外，研究人員還為它打造了一個能應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的智能大腦。
這個大腦就讓 Jamoca 能行走、小跑和跳躍，并賦予了它「自主定位」和「避障」的能力。
OK，接下來我們就來看下，它要挑戰(zhàn)的「梅花樁」長什么樣。
據(jù)了解，這次要挑戰(zhàn)的梅花樁高60厘米、呈20°斜面角度的臺階，鄰樁最大高度差16厘米，并且間距不等。
其中，考驗(yàn)機(jī)器人移動能力的難點(diǎn)主要有兩個：
- 理解梅花樁的排布（包括位置和高度）
- 選擇最佳落腳點(diǎn)及路線并穩(wěn)定精準(zhǔn)地行走（落腳到梅花樁中心點(diǎn)）
然后這位「武者」就準(zhǔn)備展示「真功夫」了。
從它挑戰(zhàn)的結(jié)果看，Jamoca已經(jīng)達(dá)到了極高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：
- 誤差1厘米內(nèi)的感知定位
- 根據(jù)環(huán)境進(jìn)行的10毫秒級路線規(guī)劃
- 基于動力學(xué)的1KHz實(shí)時力矩控制
- 梅花樁中心點(diǎn)1厘米內(nèi)的落腳誤差
- 以及全系統(tǒng)的高度協(xié)同
據(jù)騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室研究員介紹：
和國際上其他四足機(jī)器人走木塊的場景比較，此次 Jamoca 所挑戰(zhàn)的梅花樁落腳面積更小、高度更高，并有臺階的組合，實(shí)現(xiàn)的難度要更大。
怎么打造這只「功夫狗」？
Jamoca展現(xiàn)的基本功，確實(shí)有夠扎實(shí)。
而它背后的技術(shù)實(shí)力，也是非常夠硬核了，主要體現(xiàn)在精準(zhǔn)環(huán)境感知、最優(yōu)運(yùn)動線路規(guī)劃和實(shí)時運(yùn)動控制等方面。
在精準(zhǔn)環(huán)境感知方面，Jamoca 創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了魯棒的眼腳標(biāo)定，并利用RGB-D相機(jī)對周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的感知。
通過特征點(diǎn)匹配的方式，對 Jamoca 自身的運(yùn)動軌跡進(jìn)行在線跟蹤，并將基于視覺的定位信息與基于運(yùn)動學(xué)的里程計(jì)信息和 IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高了定位追蹤的精度和頻率。
同時，利用算法識別和提取出臺階和梅花樁的表面區(qū)域范圍和中心點(diǎn)位置，將定位和識別的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而重建出整個三維運(yùn)動場景。
在最優(yōu)運(yùn)動線路規(guī)劃和實(shí)時運(yùn)動控制方面，Jamoca 基于感知系統(tǒng)實(shí)時感知到的機(jī)器人本體及梅花樁位置信息，基于質(zhì)心動力學(xué)，實(shí)現(xiàn)在線的質(zhì)心軌跡生成和落腳點(diǎn)規(guī)劃。
在保證機(jī)器人的四條腿可以安全地踏到下一步的梅花樁的同時，優(yōu)化出一條本體移動長度最短、綜合耗力最小的運(yùn)動軌跡，并且可以在線持續(xù)地進(jìn)行上述運(yùn)動規(guī)劃。
同時，基于實(shí)時本體狀態(tài)估計(jì)，Jamoca 能夠結(jié)合質(zhì)心動力學(xué)模型來構(gòu)建優(yōu)化問題，實(shí)時求解機(jī)器人足端所需的地面反作用力。
并結(jié)合反饋控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)魯棒的實(shí)時力控，可完成行走、對角小跑以及跳躍等的運(yùn)動控制。
不同于預(yù)先設(shè)計(jì)好規(guī)則之后做重復(fù)的運(yùn)動的工業(yè)機(jī)器人，Robotics X 實(shí)驗(yàn)室更關(guān)注機(jī)器人有意識、有判斷的自主特性研究，目的就是：
要在有很大不確定性的動態(tài)環(huán)境里，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的自主判斷、自主決策，并自主完成任務(wù)。
現(xiàn)階段，Jamoca 主要用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部科研實(shí)驗(yàn)。
至于未來的應(yīng)用場景，騰訊表示：
會考慮一些潛在的應(yīng)用場景，希望最終能夠服務(wù)于人，它的未來也非常值得期待。
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