騰訊機(jī)器狗首次曝光！腳踩梅花樁，功夫很到家

十三 2020-11-20 13:38:23 來(lái)源：量子位

金磊 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

最近因?yàn)轳R老師，「中國(guó)功夫」話(huà)題甚是火熱。

那我們今天就來(lái)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(lái)承載系統(tǒng)技術(shù)。

Jamoca 是國(guó)內(nèi)首個(gè)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(dòng)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(huà)不多說(shuō)，是時(shí)候展現(xiàn)真正的技術(shù)了。

梅花樁上迎來(lái)新「武者」

Jamoca的本體，是基于外部提供的硬件平臺(tái)改裝。

它的「三圍」信息如下：

重約70公斤，長(zhǎng)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(gè)能應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的智能大腦。

這個(gè)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(lái)我們就來(lái)看下，它要挑戰(zhàn)的「梅花樁」長(zhǎng)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(tái)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(dòng)能力的難點(diǎn)主要有兩個(gè)：

• 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(xiàn)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(jí)路線(xiàn)規(guī)劃
• 基于動(dòng)力學(xué)的1KHz實(shí)時(shí)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(guó)際上其他四足機(jī)器人走木塊的場(chǎng)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(tái)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(dòng)線(xiàn)路規(guī)劃和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)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(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的感知。

通過(guò)特征點(diǎn)匹配的方式，對(duì) Jamoca 自身的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行在線(xiàn)跟蹤，并將基于視覺(jué)的定位信息與基于運(yùn)動(dòng)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(shí)，利用算法識(shí)別和提取出臺(tái)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(shí)別的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而重建出整個(gè)三維運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。

在最優(yōu)運(yùn)動(dòng)線(xiàn)路規(guī)劃和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制方面，Jamoca 基于感知系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知到的機(jī)器人本體及梅花樁位置信息，基于質(zhì)心動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)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(shí)，優(yōu)化出一條本體移動(dòng)長(zhǎng)度最短、綜合耗力最小的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且可以在線(xiàn)持續(xù)地進(jìn)行上述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

同時(shí)，基于實(shí)時(shí)本體狀態(tài)估計(jì)，Jamoca 能夠結(jié)合質(zhì)心動(dòng)力學(xué)模型來(lái)構(gòu)建優(yōu)化問(wèn)題，實(shí)時(shí)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(shí)力控，可完成行走、對(duì)角小跑以及跳躍等的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)、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(dòng)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(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景，騰訊表示：

會(huì)考慮一些潛在的應(yīng)用場(chǎng)景，希望最終能夠服務(wù)于人，它的未來(lái)也非常值得期待。