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“机器狗”比狗还灵巧:一口气爬90°直梯不在话下

2019/11/23 20:45:45来源:大数据文摘微信公众号作者:大萌、牛婉杨责编:嗜橙评论:

点开文章,会不会以为波士顿动力又搞新事情了?其实并没有。

近来,各研究团队对足式机器人的研究可谓层出不穷。前两天文摘菌还发布了一篇关于“蜈蚣”机器人的文章,走一走、跳一跳都难不倒它。而今天这篇文章中神似波士顿动力的机器狗,做到了一些狗狗都难以做到的事情。

当我们看到四足机器人时,很自然的会与我们熟悉的四足动物(如猫和狗)相比较。随着近几年的发展,四足机器人在某些极特殊情况下的能力已经接近四足动物了,比如走路不摔跤。为了使机器人能够达到生物学的黄金标准,人们花了很长时间才让四足机器人学会所有动物能做的事情。

但是,机器人并不会被生物学所限制,这意味着机器人有潜力学习动物做不了的事情。在不久前举办的2019年IROS大会上,就展示了一个能爬垂直梯子的四足机器人。

▲图源:东京都立大学

为使机器人拥有自主攀爬的能力,研究团队使用了循环神经网络(RNN)来训练其爬梯子。但这个能力目前只能针对特定的梯子,他们打算在接下来的研究中实现这一系统的普适化,让机器人不需要预先训练就可以攀爬新的梯子。

谷歌的搜索结果显示爬垂直梯子对于四足动物是很困难的。狗能够做到,但你通常看到的都是狗在爬倾斜的梯子,而不是垂直的。猫能做的更好一些,但是爬垂直的梯子仍然是个挑战,尤其是在爪子抓不牢的情况下。当梯子的倾角减小为0度时,攀爬者的质心就越来越远离梯阶,因此攀爬者必须通过抓紧梯阶而不是站在上面来平衡自身重量,这对于抓力不强的动物是十分困难的。

▲图源:东京都立大学

为爬90°直梯,研究人员也是操碎了心

为了实现爬梯子的功能,机器人的面部安装了惯性测量装置(IMU)和ToF 3D相机,爪子上安装了触摸传感器和力量传感器。英特尔NUC计算机充当主控制系统,而Arduino被用作辅助控制器来管理内部传感器(力度,触感和IMU)的输入输出信号。机器人具有23个自由度(DoF):每条腿有5个自由度,双激光测距传感器有2个自由度,头部有1个自由度。

大多数四足机器人也不具备强大的抓力,但给机器人增加抓力系统是一个可以尝试的方向。东京都立大学的机器人专家制造了一个可爱的小四足机器人(约重7公斤),它的腿有5个自由度,其中一个爪子可以做到与其它爪子方向不同(就像我们的大拇指与其它四指一样),可帮助其自主爬上无扶手的垂直梯子。

另外,从梯子爬到平台上也是很困难的。研究团队巧妙的解决了如何让机器人用后腿抓住最上面的梯级,再通过反作用力把自己推到平台上这一问题。

值得注意的是,这一自动攀爬系统是针对指定梯子训练的,并且用了五次才成功。研究团队表明,失败是由于执行器缺少扭矩而不是整体方法的问题。这一点他们会在之后的工作中改进,并使这个系统更加普适,让四足机器人能够不用训练就可以攀爬新的梯子。

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关键词:机器狗

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