波士頓動力的機器人不僅可以跳躍、開門，抵抗摔倒，甚至還可以在自然環(huán)境中「跑酷」，其超前的尋路算法功不可沒。這樣的技術(shù)真的領(lǐng)先業(yè)界十年嗎？最近，一家瑞士公司放出了其開發(fā)的 ANYmal 的 Demo 視頻，看起來這款機器人要對標波士頓動力的 SpotMini，而且比起后者更加強大。

ANYmal 是由 ANYbotics 推出的機器人，后者是一家源自蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH Zurich）的公司。這款機器人「四肢」非常靈活：可以保持站立、爬行、快跑、跳躍、從跌倒中爬起、爬樓梯、穿越/清除障礙物。它的軟件似乎比波士頓動力公司演示的機器人更具適應性，甚至已經(jīng)引發(fā)了 Andrej Karpathy 等人工智能學者的關(guān)注。

ANYmal 是一種獨一無二的機器人，它『四肢』健全，能夠克服惡劣的環(huán)境。

工業(yè)場所的檢查和監(jiān)視任務(wù)重復單調(diào)、環(huán)境臟亂差，還有一定的危險性。為此，瑞士蘇黎世的 ANYbotics 團隊設(shè)計了機器人「ANYmal」來解決這個問題。ANYmal 具有四肢，可以自主完成這些任務(wù)，可攜帶復雜的傳感器設(shè)備到任何感興趣的地點去。它獨特的 ANYdrive 系統(tǒng)提供了非凡的移動性，使 ANYmal 能夠在惡劣環(huán)境中作業(yè)。

移動機器一直都有代替人類在危險工業(yè)場所作業(yè)的潛能，但只有近來機器人方面所取得的進展才賦予了它們這種能力。工業(yè)場所的物理布局，包括樓梯、縫隙和其它障礙物都增加了作業(yè)的復雜性，使得傳統(tǒng)的輪式或履帶式機器人無法使用。雖然無人機可以克服其中的一些困難，但它們無法在惡劣天氣里操作，而且其有效負載能力和能量自主性有限。

為此，ANYbotics 團隊推出了一項激動人心的解決方案：ANYmal。這是一款非常復雜的四足機器人，專為解決惡劣工業(yè)環(huán)境中的挑戰(zhàn)而設(shè)計。它的體積和中等大小的狗差不多，體重為 30kg。它結(jié)合了高端計算機系統(tǒng)和穩(wěn)健的硬件。為了在不同的惡劣環(huán)境中自主作業(yè)，它配備了傳感系統(tǒng)來執(zhí)行搜索和援救行動、檢查和其它監(jiān)視任務(wù)。

動態(tài)移動性的挑戰(zhàn)

ANYmal 誕生于對在工業(yè)場所等環(huán)境中輕松克服地形障礙的機器人的需求。ANYbotics 團隊集中于增強機器人的移動性、運動能力和穩(wěn)健性，同時確保機器人能被安全控制，并易于由單個操作人員維護。

四足設(shè)計可以提供最佳的移動性和多功能性，但它們的腿不能像大多數(shù)機器臂一樣由經(jīng)典的機械齒輪系統(tǒng)操控。這種類型的致動器（負責移動和控制裝置或負載的機器組件）只能產(chǎn)生緩慢和靜止的運動（即保持平衡）以減少當兩個物體碰撞時發(fā)生的沖擊力，例如當機械腿接觸地板。

機器人研究社區(qū)提出了多種解決方案來應對這個問題。一種有潛力的方案是系列彈性致動器（SEA）。這些兼容致動器的設(shè)計受到了大自然的啟發(fā)：肌腱和肌肉協(xié)同控制力量。SEA 可被描述為通過彈簧或彈性元件來將致動器連接到負載。這種聰明的設(shè)置使得力量可以被精確控制，隨著彈簧的拉伸或收縮它可以提供所用力的信息。此外，彈簧還能吸收沖擊，這增加了它們對震動的承受能力。它還可以在運動過程中暫時保存能量，增加能效和峰值功率。

ANYdrive：一種強大的扭矩可控機械關(guān)節(jié)

ANYbotics 團隊為 ANYdrive 開發(fā)了定制的 SEA 裝置，這是一種緊湊、緊密集成且密封的致動器模塊，包含定制控制電子元件。ANYdrive 可以直接調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)扭矩、位置和阻抗，無需任何額外組件。以 ANYdrive 為基礎(chǔ)，機器人將易于制造、組裝和維護。如果發(fā)生故障，維護人員可以快速輕松地更換 ANYdrive 關(guān)節(jié)。

ANYdrive 裝置使 ANYmal 獨一無二。每條腿有三個這樣的關(guān)節(jié)裝置，允許大范圍的運動：髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收、髖關(guān)節(jié)屈曲和膝關(guān)節(jié)屈曲/伸展。它們使得 ANYmal 可以走路、小跑和跳躍，以及走路和爬樓梯。這些關(guān)節(jié)可以完全旋轉(zhuǎn)，允許腿轉(zhuǎn)到頭頂，以防止與地面或側(cè)軌碰撞，以及確保機器人能在跌倒后起來。

從實驗室中走來

ANYmal 的突破性技術(shù)始于蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH Zurich）自動系統(tǒng)實驗室的機器人研究組，據(jù)稱已經(jīng)經(jīng)過了 9 年的研究。其首次嶄露頭角是在法國道達爾石油公司舉辦的油氣自動機器人挑戰(zhàn)賽上，ANYmal 展示了在惡劣地形中導航和移動的能力。在有潛在風險的近海環(huán)境中，ANYmal 在多層工業(yè)石油和天然氣生產(chǎn)平臺上安全完成了很多自動監(jiān)視和控制任務(wù)。

自此之后，研究小組成立了 ANYbotics，將這一機器人商用化。

協(xié)作研究社區(qū)

ANYbotics 團隊與其他伙伴一起成立了協(xié)作研究社區(qū)「ANYmal Research」來開發(fā)和分享軟件與其它信息，以提高和擴展 ANYmal 機器人的能力。社區(qū)成員包括豐田研究所（Toyota Research Institute）、德國航空航天中心（DLR）、英偉達（計算機硬件和軟件）以及一些有名望的大學。該社區(qū)可以完全訪問 ANYmal 的控制軟件、模擬、文檔和社區(qū)支持。

ANYmal 的特征和能力

ANYmal 的軟硬件模塊設(shè)計簡化了設(shè)置和維護。從物理層面上來看，它的主體是一個碳纖維輕量級身體，有 12 個完全一樣的關(guān)節(jié)裝置（由簡單的機械連接串聯(lián)起來）。它通過雷達傳感器、雙聲道和廣角攝像機感知環(huán)境，橡膠腳墊中的傳感器提供觸覺信息。其有效負載根據(jù)應用而不同，可以是簡單的傳感器，也可以是復雜的機械臂操作。對于工業(yè)檢查，ANYmal 的頭部配備帶有多個傳感器的云臺（pan-tilt），包括光學變焦攝像頭和熱成像攝像機、瓦斯檢測器、瓦斯泄露檢測超聲波麥克風、人工 LED 照明。

ANYmal 從半米高的地方跌下來不會死機，傳感器均配有防墜落保護裝置，泡沫橡膠可以吸收墜落的影響，凱夫拉爾纖維能夠避免機器人受到底部尖銳物體的傷害。機器人主體配有計算機、電池、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電力管理系統(tǒng)和導航傳感器。它防水、防灰塵，符合 IP-67 標準。一次充電，ANYmal 可自動運行 2-4 小時。

ANYmal 強大的大腦就在主體中，包括用于位置控制、定位、繪制地圖和特定任務(wù)的多臺計算機。所有電子組件都與散熱板相連，以避免器件過熱。ANYmal 的軟件基于開源機器人運行系統(tǒng)（ROS）構(gòu)建，允許快速集成到現(xiàn)有框架和可用軟件的重用。

在 ANYbotics 官網(wǎng)上，ANYmal 機器人的部分參數(shù)。

現(xiàn)實世界能力

ANYmal 已被證實具備在惡劣環(huán)境中工作的能力，因此它可用于大量實際應用。它可以在粗糙的室外環(huán)境中行動：爬管道、走樓梯。這使得 ANYmal 可以完美適應工業(yè)平臺，如在礦井、工地或偏遠地區(qū)巡邏。ANYmal 在工業(yè)界的應用將不僅能夠提升效能、減少運作成本，還可以減少個人、設(shè)備和環(huán)境的風險。此外，ANYmal 可以幫助災難救援隊進行更安全的搜索和營救，同時也支持其他涉及人類交互的活動。