6月3日，騰訊輪腿式機(jī)器人Ollie（奧利）正式亮相。它像一個靈活的“輪滑小子”，能完成跳躍、360度空翻等高難度動作。

輪腿式機(jī)器人（wheel-legged robot）是近年來機(jī)器人研究的前沿領(lǐng)域。Ollie兼具輪式結(jié)構(gòu)和腿部能力，輪式結(jié)構(gòu)移動快、效率高；腿部能力讓Ollie適應(yīng)不平地面、完成跳躍臺階等動作，達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。

這是騰訊Robotics X實驗室新型機(jī)器人。在自平衡自行車、機(jī)器狗Jamoca和Max之后，Ollie積累了實驗室的移動控制技術(shù)，并在運(yùn)動規(guī)劃、平衡與穩(wěn)定性上重點突破，成為實驗室又一大創(chuàng)新成果。

在日前舉辦的ICRA 2021，騰訊AI Lab及Robotics X實驗室主任張正友博士受邀作大會報告，介紹了Robotics X實驗室在機(jī)器人移動研究領(lǐng)域的布局與進(jìn)展，并分享了Ollie的技術(shù)細(xì)節(jié)。

跳躍、360度空翻也能輕松搞定

要讓機(jī)器人應(yīng)對復(fù)雜地形，跳躍能力不可或缺。最低身高只有35厘米的Ollie，可以跳上40厘米的臺階，豎直起跳高度最高可達(dá)60厘米，甚至能輕松完成360度空翻挑戰(zhàn)；在平地上時，Ollie更像是一個“不倒翁”，能抗住各種“突發(fā)”狀況。

Ollie的機(jī)械設(shè)計大有玄機(jī)：單腿采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，與身體形成五連桿結(jié)構(gòu)，使整體具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)性能高、爆發(fā)力強(qiáng)的特點；“尾巴”的獨(dú)特設(shè)計一方面為Ollie提供額外角動量，助其完成更高動態(tài)運(yùn)動，如空翻。同時“尾巴”可充當(dāng)?shù)谌龡l腿，增加穩(wěn)定性，為搭載機(jī)械臂完成更多任務(wù)提供可能。

出色的運(yùn)動能力，高動態(tài)高難度的空翻動作背后，源于騰訊Robotics X實驗室的最新研究進(jìn)展：非線性控制技術(shù)、全身動力學(xué)控制和軌跡規(guī)劃。

非線性控制技術(shù)讓機(jī)器人具備良好的平衡能力，此前實驗室研發(fā)的自平衡自行車已應(yīng)用同類技術(shù)，在靜止及行進(jìn)狀態(tài)下均保持平衡不倒。

針對輪腿式機(jī)器人的形態(tài)和特點，實驗室研發(fā)團(tuán)隊適應(yīng)性地應(yīng)用非線性控制方法，控制器不再受限于模型的可線性化區(qū)間內(nèi)，使機(jī)器人Ollie在大角度傾斜時也具有良好的平衡能力和魯棒性（Robust音譯，指在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的能力）。

在雙輪模式下，機(jī)器人與地面只有兩個接觸點，對平衡能力要求更高。在變換身高過不平整地面、甚至單腿過障礙時，Ollie都能完美保持平衡。

全身動力學(xué)控制像給Ollie裝上了發(fā)達(dá)的“小腦”，其采用最優(yōu)化方法求得各關(guān)節(jié)力矩來實現(xiàn)全身姿態(tài)調(diào)整，不僅能讓它實現(xiàn)更有挑戰(zhàn)的運(yùn)動，并在面對突如其來的巨大沖擊如在空翻落地和遇到碰撞時，Ollie能“以柔克剛”，順利抵抗外界干擾，保持平衡。

除了平衡能力之外，Ollie還擁有軌跡規(guī)劃能力。在完成這些動作時，Ollie要動用自己的“大腦”提前“想好”運(yùn)動軌跡，即如何應(yīng)用自身的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特點，最大程度地發(fā)揮關(guān)節(jié)電機(jī)性能來實現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動。

Ollie以全身動力學(xué)模型為基礎(chǔ)，將整個跳躍或空翻過程分解為起跳、飛行、落地三個階段，通過優(yōu)化手段得到完成整個運(yùn)動的關(guān)節(jié)電機(jī)位置、速度和關(guān)節(jié)力矩的參考值序列。

Robotics X移動能力再突破 論文入選機(jī)器人頂會ICRA

騰訊Robotics X實驗室主攻移動、靈巧操作和智能體三大機(jī)器人核心通用技術(shù)的研究與應(yīng)用。其中，移動能力被認(rèn)為是機(jī)器人最核心、也是最基本的能力之一。

實驗室移動技術(shù)框架包含機(jī)械設(shè)計、感知、運(yùn)動規(guī)劃及控制，以及融合這三者的整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與搭建等四大模塊，他們分別可理解為機(jī)器人的軀干、眼睛、大腦，以及各“器官”協(xié)調(diào)的能力。

Ollie超強(qiáng)的“輪滑”、“空翻”能力就來源于這些器官協(xié)調(diào)后的結(jié)果。在機(jī)械設(shè)計、整機(jī)系統(tǒng)與控制軟件上集成迭代了實驗室技術(shù)積累，并重點在運(yùn)動規(guī)劃與控制上突破創(chuàng)新。新增的全身動力學(xué)控制與整機(jī)參數(shù)辨識提升了機(jī)器人運(yùn)動的精準(zhǔn)度、靈活度以及柔順性，拓展了實驗室的移動技術(shù)布局。

Ollie 相關(guān)研究論文已被 ICRA 2021 收錄，論文介紹了輪腿式機(jī)器人平衡控制器的設(shè)計思路與實驗結(jié)果。ICRA全稱國際機(jī)器人與自動化會議（IEEE International Conference on Robotics and Automation），是機(jī)器人領(lǐng)域最有影響力的國際學(xué)術(shù)會議之一。

目前Ollie還處于研發(fā)階段，實驗室將基于輪腿式機(jī)器人平臺的機(jī)動性特點，拓展平臺上感知、負(fù)載等各功能模塊搭建，讓機(jī)器人具備更成熟、更豐富的能力。

比如，本次團(tuán)隊嘗試探索了Ollie的負(fù)載能力，兩輪、三輪可以隨意切換，再加上一個機(jī)械臂，讓它能夠平穩(wěn)地端起一杯咖啡，通過輪式移動遞給遠(yuǎn)處的客人。

未來，騰訊 Robotics X實驗室還將在機(jī)器人行業(yè)做全方位、多領(lǐng)域的探索，向人機(jī)共存、共創(chuàng)、共贏的未來不斷邁進(jìn)。