最近，中國(guó)在雙足機(jī)器人領(lǐng)域也算是捷報(bào)頻傳了，前幾天CES展會(huì)上優(yōu)必選的Walker仿人機(jī)器人剛剛驚艷亮相，這兩天小編我又在中國(guó)新聞的網(wǎng)站上看到了另一款來(lái)自上海理工大學(xué)雙足機(jī)器人小貝。據(jù)介紹這是全球目前唯一可以同時(shí)做到“平衡、高效、智能、安全、經(jīng)濟(jì)”5個(gè)關(guān)鍵特性的大雙足機(jī)器人

每每提到雙足機(jī)器人，大家都會(huì)止不住的嘆息?？粗ㄊ款D動(dòng)力的Atlas小跑、后空翻外加跑酷的來(lái)回折騰，我們只有眼熱的份。不過(guò)好在，我們一直看到國(guó)內(nèi)雙足機(jī)器人追趕的步伐，而且不僅僅只有模仿，還有另辟蹊徑的好點(diǎn)子出現(xiàn)。上海理工大學(xué)的小貝就是其中之一。

有其他媒體報(bào)道，上海理工大學(xué)機(jī)器智能研究的雙足機(jī)器人小貝利用“被動(dòng)行走”和“人工智能”的創(chuàng)新方法研制出新型雙足機(jī)器人，成為全球目前唯一可以同時(shí)做到“平衡、高效、智能、安全、經(jīng)濟(jì)”5個(gè)關(guān)鍵特性的大雙足機(jī)器人“小貝”。

降能耗減一半電機(jī)

今年，美國(guó)波士頓動(dòng)力公司研發(fā)的Atlas機(jī)器人后空翻、三連跳的“酷炫”視頻紅遍網(wǎng)絡(luò)，這款身姿矯健的機(jī)器人符合人們對(duì)“鋼鐵戰(zhàn)士”的一切想象。而另一款代表領(lǐng)先水平的雙足機(jī)器人是日本本田公司研發(fā)的仿人機(jī)器人ASIMO，相比Atlas的“陽(yáng)剛”，它顯得更溫柔親和。這兩款機(jī)器人都很好地展現(xiàn)了機(jī)器人的平衡能力，但也都有共同的煩惱——高能耗。

一直以來(lái)，雙足機(jī)器人的研發(fā)主要是形態(tài)上的“仿生”，也就是說(shuō)要讓機(jī)器人的行走能夠像人一樣，無(wú)論是Atlas還是ASIMO的下半身都有十余個(gè)驅(qū)動(dòng)“關(guān)節(jié)”，以控制各種方向的力量?？沈?qū)動(dòng)“關(guān)節(jié)”一多，力量和平衡有了，能耗也高了?！皺C(jī)器人真的需要那么多驅(qū)動(dòng)‘關(guān)節(jié)’嗎？”李清都教授琢磨著，既然電機(jī)影響能耗，那就干脆做減法，于是團(tuán)隊(duì)嘗試“直腿”機(jī)器人的研發(fā)，將電機(jī)數(shù)量減少了一多半。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)少了，如何實(shí)現(xiàn)平衡就成了一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)?！拔覀冏隽撕芏唷粍?dòng)行走’的基礎(chǔ)研究，也做了大量的仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，包括步態(tài)控制和能效等。”在緩坡下坡實(shí)驗(yàn)中，李清都教授研究了新模型，在沒(méi)有任何驅(qū)動(dòng)下，受重力、腿結(jié)構(gòu)及坡度等的影響，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人會(huì)經(jīng)歷“周期穩(wěn)定”“混沌”和“發(fā)散”三種步態(tài)，當(dāng)坡度平緩時(shí)會(huì)有一個(gè)耗能很低的穩(wěn)定步伐，當(dāng)坡度增加，就需要逐漸給予力量控制，否則就最終會(huì)摔倒。搞清楚機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，也就把握了保持平衡的控制力度和時(shí)機(jī)。這種新的動(dòng)態(tài)平衡技術(shù)，無(wú)需“大腳”，就像踩高蹺，機(jī)器人就能平穩(wěn)行走。

行者二號(hào)機(jī)器人

適應(yīng)環(huán)境學(xué)人走路

除了基礎(chǔ)原理，要讓機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境自動(dòng)邁步還得賦予它“智慧”。團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國(guó)漢堡大學(xué)、深圳市行者機(jī)器人技術(shù)有限公司研制的小貝機(jī)器人，利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、連續(xù)學(xué)習(xí)等一系列人工智能技術(shù)，讓機(jī)器人通過(guò)2D、3D的逐步訓(xùn)練，像孩童學(xué)步一樣，慢慢掌握走路技巧。小貝的體重不到10公斤，身高也像個(gè)小童，但是它的平衡能力已經(jīng)很出色――測(cè)試表明，在撞擊、推拉、風(fēng)吹、不平路面等復(fù)雜環(huán)境中仍能正常行走；得益于人工智能算法，小貝對(duì)機(jī)電傳感的性能需求降低，還能實(shí)現(xiàn)智能交互，推一下，它便向前邁幾步，回拉一下，它就像個(gè)寵物一樣跟著走，對(duì)人非常安全、友好。

小貝的前身“行者一號(hào)”已經(jīng)具備很強(qiáng)的耐力，它曾打破吉尼斯世界紀(jì)錄，是目前世界上能效最高的機(jī)器人，它的能效甚至超過(guò)了人類(lèi)，實(shí)測(cè)僅耗0.8度電可以續(xù)航134公里。“傳統(tǒng)雙足機(jī)器人的運(yùn)輸損耗COT是人類(lèi)的10-20倍，目前的電機(jī)技術(shù)和電池等都難以支撐，所以很難實(shí)用。我們的研發(fā)路徑可以說(shuō)是‘換道超車(chē)’吧。

目前，上海理工大學(xué)機(jī)器智能研究院執(zhí)行院長(zhǎng)李清都教授正忙于調(diào)試小貝，希望通過(guò)進(jìn)一步的復(fù)雜環(huán)境的學(xué)習(xí)，讓小貝能適應(yīng)更多路況。而小貝的技術(shù)已經(jīng)形成產(chǎn)品――智能助行機(jī)器人，能幫助行動(dòng)不便的老人更安全、輕松地行走，還可以自動(dòng)采集人雙腿步態(tài)、雙臂壓力等數(shù)據(jù)，分析使用者的行走步態(tài)，監(jiān)護(hù)使用者的健康狀況。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“行者二號(hào)”也已經(jīng)在不久前的高交會(huì)上亮相，這款身材苗條的“美女”機(jī)器人，未來(lái)將會(huì)集成更多智能應(yīng)用，或許將成為酒店迎賓、交通協(xié)管、環(huán)衛(wèi)工人或者生活管家。

李教授坦言，機(jī)器人是復(fù)雜系統(tǒng)，小貝要“長(zhǎng)高”“長(zhǎng)大”，難度技術(shù)是幾何倍數(shù)增加的，但“為人類(lèi)帶來(lái)更多安全、有效服務(wù)”的目標(biāo)始終堅(jiān)持，因?yàn)檫@才是機(jī)器人研究的最終目的。