【新智元導(dǎo)讀】比來(lái)，加州年夜學(xué)伯克利分校和卡內(nèi)基梅隆年夜學(xué)，展現(xiàn)了ATRIAS足式機(jī)械人可以或許在隨機(jī)變換的妨礙地形中行走的進(jìn)程：雖然踏腳石高度和之間的寬度隨機(jī)變更，但ATRIAS可以像人類(lèi)一樣行走，完善逾越。

與人類(lèi)及年夜多半海洋植物一樣，腿（足）式機(jī)械人須要可以或許在曲折的地形上挪動(dòng)，以便在災(zāi)害呼應(yīng)、搜刮和救濟(jì)等運(yùn)用中施展感化。

但是，設(shè)計(jì)可以或許處置團(tuán)圓容身點(diǎn)（像碎石或踏腳石）的掌握算法是具有挑釁性的，由于這對(duì)腳的放置有嚴(yán)厲的束縛，而且這些體系的活動(dòng)是由龐雜的動(dòng)力學(xué)方程掌握的。

加州年夜學(xué)伯克利分校和卡內(nèi)基梅隆年夜學(xué)的試驗(yàn)室經(jīng)由過(guò)程應(yīng)用最好和非線性掌握體系的新停頓，展現(xiàn)了ATRIAS機(jī)械人在踏腳石下行走的靜態(tài)進(jìn)程，即便這些踏腳石和它們的高度之間的間隔是隨機(jī)變更的，ATRIAS機(jī)械人可以像人類(lèi)一樣行走，完善逾越。

“一步一個(gè)足跡”：雙足機(jī)械人勝利完成了在步長(zhǎng)和步高同時(shí)變更中行走

加州年夜學(xué)伯克利分校的Hybrid Robotics Group一向努力于為高自在度雙足機(jī)械人開(kāi)辟正式的掌握框架，這類(lèi)框架不只能包管在團(tuán)圓地形上準(zhǔn)確的步進(jìn)地位，并且還能對(duì)不肯定性和內(nèi)部力氣停止建模。這些辦法自力于特定的機(jī)械人自己，并曾經(jīng)在各類(lèi)機(jī)械人的模子上，包含RabbIT、ATRIAS和DURUS，停止了（模仿）測(cè)試。

另外，這些機(jī)械人其實(shí)不提早“曉得”地形會(huì)是甚么模樣，只要下一步的地位才會(huì)顯示給機(jī)械人，這個(gè)場(chǎng)景可以或許很好地描寫(xiě)機(jī)械人在實(shí)際世界中能夠碰到的情形。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)由過(guò)程ATRIAS雙足機(jī)械人平臺(tái)上對(duì)掌握算法停止了試驗(yàn)測(cè)試，它可以或許在隨機(jī)變更的團(tuán)圓地形上完成靜態(tài)步行，步長(zhǎng)在30到65厘米之間變更，步高須要向上/向下22厘米，同時(shí)堅(jiān)持0.6米/秒的均勻步行速度。

研討團(tuán)隊(duì)以為，這是第一次演示了雙足機(jī)械人在步長(zhǎng)和步高同時(shí)變更時(shí)勝利靜態(tài)行走。

為何團(tuán)圓行走在機(jī)械人中如斯艱苦？

起首，雙足機(jī)械人是高度自在的體系，其活動(dòng)由龐雜的非線性微分方程掌握，這些方程捕捉了空中互相感化的混雜動(dòng)力：機(jī)械人必需經(jīng)由過(guò)程賡續(xù)地與四周情況停止接觸來(lái)與情況互動(dòng)。

另外，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用的機(jī)械人，好比ATRIAS，是欠驅(qū)動(dòng)的（underactuated），這意味著機(jī)械人的腳踝沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器，只要定點(diǎn)腳。這相當(dāng)于踩著墊腳石或許踩著高蹺爬著樓梯，堅(jiān)持均衡的獨(dú)一辦法就是一向走下去。

踏腳石也嚴(yán)厲限制了腳的放置，而實(shí)際世界中這些墊腳石也能夠會(huì)坍毀。另外，機(jī)械人必需在其他物理限制規(guī)模內(nèi)任務(wù)，如機(jī)電扭矩限制和磨擦力（機(jī)械人不克不及滑動(dòng)）。一切這些限制互相感化，使得掌握設(shè)計(jì)進(jìn)程變得異常主要。

踏腳石成績(jī)（stepping-stones problem）曾經(jīng)獲得普遍研討，在Valkyrie和ATLAS等機(jī)械人上獲得了使人印象深入的結(jié)果。

該團(tuán)隊(duì)研討的分歧的地方在于，他們?cè)S可靜態(tài)行走而不是機(jī)械人偏向于應(yīng)用的較慢的準(zhǔn)靜態(tài)活動(dòng)。經(jīng)由過(guò)程對(duì)體系動(dòng)力學(xué)中的非線性停止推理，并應(yīng)用最優(yōu)和非線性掌握技巧的最新停頓，可以以簡(jiǎn)略緊湊的情勢(shì)指定掌握目的和希冀的機(jī)械人行動(dòng)，同時(shí)供給正式的穩(wěn)固性和平安性包管。這意味著，機(jī)械人可以在團(tuán)圓的地形下行走，而不會(huì)滑倒或摔倒。

以下是視頻：

將來(lái)：無(wú)望研發(fā)完整自立體系

團(tuán)隊(duì)的機(jī)械人今朝是“瞽者”，須要供給關(guān)于它四周情況的信息，好比下一個(gè)踏腳石的地位。團(tuán)隊(duì)如今正努力于集成盤(pán)算機(jī)視覺(jué)算法，包含深度朋分（depth segmentation）和掌握器的深度進(jìn)修。這將許可機(jī)械人對(duì)四周情況停止推理，從而開(kāi)辟出一個(gè)完整自立的體系。跟著一個(gè)新機(jī)械人Cassie的行將抵達(dá)伯克利，團(tuán)隊(duì)籌劃將試驗(yàn)成果擴(kuò)大到在真實(shí)世界的踏腳石長(zhǎng)進(jìn)行3D行走。

從久遠(yuǎn)來(lái)看，這項(xiàng)研討將有助于雙足機(jī)械人在室內(nèi)情況（如樓梯和狹小的走廊）和室外情況（如樹(shù)林巷子）中自立導(dǎo)航。研討的癥結(jié)部門(mén)包含平安性、魯棒性和迅速性，即愿望機(jī)械人可以或許在“準(zhǔn)確”的地位下行走，以避免它們墜落，同時(shí)對(duì)意想不到的力氣和攪擾堅(jiān)持壯大的魯棒性。

這類(lèi)技巧潛伏的運(yùn)用有許多：在搜刮和救濟(jì)中，可以安排主動(dòng)人形機(jī)械人而不是人類(lèi)救濟(jì)人員；贊助摸索其他行星上的未知區(qū)域，或在家中作為小我機(jī)械人。另外，兩足機(jī)械人開(kāi)辟的辦法也能夠轉(zhuǎn)化為加強(qiáng)人類(lèi)的機(jī)械人裝備，好比下肢外骨骼。

新智元編譯

起源：IEEE spectrum

編纂：克雷格