導(dǎo)讀:6月3日,騰訊輪腿式機(jī)器人Ollie(奧利)正式亮相。
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)。