近日，在北京冬奧會冰壺賽事場館國家游泳中心“冰立方”，六足冰壺機器人“選手”精彩的冰壺投擲表演嗨翻全場。這位身披紅色戰(zhàn)衣的“選手”，是世界首款模仿人類蹬踏、支撐滑行、旋轉(zhuǎn)冰壺等行為方式的六足冰壺機器人。它是在“科技冬奧”重點專項項目支持下，由上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院教授高峰領(lǐng)銜，上海交通大學(xué)與上海智能制造功能平臺有限公司組成的六足冰壺機器人研究團隊共同研發(fā)的。
在冰壺賽事中，投擲隊員半蹲在冰面上滑行，輕輕旋轉(zhuǎn)冰壺控制出手方向，兩名隊友在冰壺前用冰刷刷冰面控制冰壺方向和速度。
然而六足機器人完成這套動作并不簡單。
“人投擲冰壺時，一條腿支撐身體，另一條腿蹬踏起踏器，眼睛瞄準目標，手控制冰壺的速度和方向，是一個復(fù)雜的決策行為。”高峰對科技日報記者說，“根據(jù)人投擲冰壺的行為特征設(shè)計機器人的結(jié)構(gòu);根據(jù)視覺與力覺測量的信息，辨識冰面與機器人接觸的動力學(xué)參數(shù)，從而預(yù)測機器人滑行和冰壺運動的軌跡;根據(jù)人類投擲冰壺的決策方法控制機器人的行為等，都是我們開發(fā)六足冰壺機器人遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)。”
克服種種挑戰(zhàn)，高峰帶領(lǐng)他的團隊在冰壺賽場上讓全世界對六足機器人的能力眼見為實。
在投擲冰壺過程中，六足機器人前部雙腿轉(zhuǎn)化為人手的功能，實現(xiàn)抱壺和旋轉(zhuǎn)壺的動作。中部雙腿的膝蓋和前部雙腿的肘關(guān)節(jié)復(fù)合成四點接觸冰面，形成人支撐腿的功能。后部雙腿蹬踏起踏器，實現(xiàn)推動機器人加速滑行的功能。另外，前部雙腿可以在機器人滑行運動過程中進行二次擲壺并控制冰壺運動的方向、速度和角速度，實現(xiàn)精準投壺和擊打功能。
從單腿蹦發(fā)展到四足“翻箱子、上樓梯”，波士頓動力“大狗”催熱了全球足式機器人的研發(fā)。
“波士頓動力是行業(yè)翹楚，引領(lǐng)了足式機器人發(fā)展的方向。”高峰說，“在特種機器人中，‘長腿兒’的機器人研發(fā)最難。四足機器人美國做得最好，六足機器人，我們做得最好。”
高峰介紹，2018年平昌冬奧會后，國際上出現(xiàn)了主要通過輪子驅(qū)動前行的輪式冰壺機器人，但是，不能完全模仿人類投擲冰壺行為，為賽事科學(xué)訓(xùn)練提供的幫助有限，六足冰壺機器人補上了這些缺憾。
高峰表示，機器人智能屬于行為智能，體現(xiàn)在肢體和智慧的結(jié)合。機器人理解環(huán)境、理解任務(wù)怎么執(zhí)行，但要據(jù)此表達行為就非常困難。因此，實現(xiàn)行為智能是非常復(fù)雜的問題。
據(jù)了解，在“科技冬奧”專項助力下，高峰教授團隊在六足機器人性能操控、感知規(guī)劃等關(guān)鍵算法設(shè)計上取得了創(chuàng)新突破，自主完成了從系統(tǒng)框架、穩(wěn)定控制到智能感知、自主規(guī)劃等一系列環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，使機器人集人機交互、環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃、智能決策和穩(wěn)定控制于一體。
(記者 劉 艷)
標簽： 六足機器人 投擲冰壺 技術(shù)研發(fā) 智能決策
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