11月20日，騰訊公布了其在移動機(jī)器人研究方面的新進(jìn)展：自平衡輪式移動機(jī)器人和四足移動機(jī)器人Jamoca首次對外亮相。

  據(jù)悉，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，而自平衡輪式移動機(jī)器人的相關(guān)研究成果還入選了機(jī)器人行業(yè)的頂級會議 IROS 2020。

  這兩項(xiàng)進(jìn)展均來自騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室，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。

  據(jù)了解，騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室于2018年成立，致力推進(jìn)人機(jī)協(xié)作的下一代機(jī)器人研究，打造虛擬世界到真實(shí)世界的載體與連接器。

  目前實(shí)驗(yàn)室主攻移動、靈巧操作和智能體等三大通用機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用，并聚焦于多模態(tài)移動機(jī)器人的研發(fā)。

  01

  靜止、行進(jìn)均能自主保持平衡的輪式機(jī)器人

  △自平衡輪式移動機(jī)器人的硬件平臺完全由騰訊Robotics X自研，重約15公斤，長1.15米，高0.52米

  此次亮相的自平衡輪式移動機(jī)器人，也可稱之為自平衡自行車，是騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室的首個整機(jī)自研機(jī)器人。它在傳統(tǒng)輪式移動機(jī)器人的基礎(chǔ)上，增加了動量輪及其電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，使得機(jī)器人可以在靜止及行進(jìn)狀態(tài)下均保持平衡不倒。

  據(jù)悉，該機(jī)器人的控制能力又可以細(xì)分為行進(jìn)中的動態(tài)自平衡和停止行進(jìn)時的靜態(tài)自平衡。行進(jìn)中的動態(tài)自平衡是依靠前把轉(zhuǎn)動進(jìn)而帶動車身的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)，而停止行進(jìn)時的靜態(tài)自平衡則采用動量輪力矩平衡技術(shù)，應(yīng)用角動量守恒的原理實(shí)現(xiàn)自平衡控制。

  依靠平衡算法，即使受到一定的外界干擾，騰訊自平衡輪式移動機(jī)器人仍然可以在保持自平衡狀態(tài)的同時，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地向前行駛。機(jī)器人在不同的路面狀況下，例如遇到上下坡時，也都表現(xiàn)出了較好的運(yùn)動能力和平衡性能。甚至對于行駛路徑上存在特定約束的情況，比如沿著獨(dú)木橋行駛的場景，它也能從容應(yīng)對。

  02

  四足移動機(jī)器人 Jamoca 能走、能跑、能跳，可挑戰(zhàn)梅花樁復(fù)雜地形

  四足移動機(jī)器人，更常見的一個名字是機(jī)器狗。騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室在外部提供的本體之上，基于自研的機(jī)器人控制技術(shù)，為Jamoca打造了一個能應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的智能大腦。這個大腦讓Jamoca能行走、小跑和跳躍，并賦予了它自主定位和避障的能力。

  Jamoca 本體基于外部提供的硬件平臺改裝，重約70公斤，長1米、寬0.5米、站高0.75米

  此次Jamoca完成的挑戰(zhàn)由高60厘米、呈20°斜面角度的臺階和鄰樁最大高度差16厘米、間距不等的梅花樁兩部分組成。

  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。

  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))。

  這正對應(yīng)了實(shí)驗(yàn)室在移動技術(shù)方面鉆研的的兩個核心技術(shù)模塊：感知、運(yùn)動規(guī)劃與控制;同時二者通過實(shí)驗(yàn)室的另一核心技術(shù)模塊：整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性的集成融合。

  從Jamoca挑戰(zhàn)的結(jié)果看，騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室已經(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。

  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(Inertial measurement unit，慣性測量單元) 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)時的運(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)時的本體狀態(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)。它的在線環(huán)境感知、最優(yōu)運(yùn)動規(guī)劃和實(shí)時運(yùn)動控制等能力，未來將幫助騰訊其他機(jī)器人產(chǎn)品更好地適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境。

  本文來源于物流指聞，不代表九州物流網(wǎng)(http://www.zgslfm.com)觀點(diǎn)，文章如有侵權(quán)可聯(lián)系刪除