9月9日，騰訊 Robotics X 機器人(ren)實驗室公(gong)布旗(qi)下輪腿(tui)式機器人(ren)Ollie最新研究進展，展示了首次曝光的(de)“觸覺(jue)交互”以及獨家(jia)的(de)“雙輪邁步(bu)”，進一步(bu)豐(feng)富機器人(ren)“感官”、提升其運動控制能力，展示了騰訊在機器人(ren)前(qian)沿技術上(shang)的(de)領(ling)先(xian)布局(ju)與(yu)持續探索。
Ollie是(shi)騰(teng)(teng)訊(xun)(xun)自(zi)研(yan)的(de)(de)輪腿式機(ji)(ji)器人(ren)(ren)，也是(shi)騰(teng)(teng)訊(xun)(xun)Robotics X 機(ji)(ji)器人(ren)(ren)實驗室繼機(ji)(ji)器狗 Jamoca 和 Max 之后的(de)(de)又(you)一創新(xin)探(tan)索(suo)，它整合了(le)多項領先的(de)(de)移動(dong)控制技術，在運(yun)動(dong)規劃、平衡與穩定性(xing)、人(ren)(ren)機(ji)(ji)交(jiao)互等領域做出(chu)了(le)重點突破。憑(ping)借靈活的(de)(de)身(shen)姿，Ollie也被稱為“輪滑(hua)小(xiao)子”。
本(ben)次(ci)升(sheng)級中(zhong)新(xin)增(zeng)的觸覺傳感器，使得Ollie 擁有了“感知接觸的能力”，可以對觸摸動(dong)作(zuo)給出(chu)回(hui)應(ying)，并挑戰頭部(bu)平衡球(qiu)形物體(ti)等(deng)高難度任務。同(tong)時，通(tong)過運(yun)動(dong)控(kong)制與動(dong)作(zuo)生成(cheng)算法的升(sheng)級，Ollie可以持(chi)續穩定地完成(cheng)不同(tong)步頻的雙輪邁步動(dong)作(zuo)，整體(ti)運(yun)動(dong)穩定性(xing)和靈活度進(jin)一步提升(sheng)。
加入觸覺交互，挑戰頭頂平衡球搬運任務
感知(zhi)與(yu)認知(zhi)技術(shu)是機器人(ren)得以(yi)安全、高效、自主運(yun)行的(de)(de)(de)基(ji)礎。近(jin)年來，計算(suan)機視(shi)覺(jue)領域發展迅速，取(qu)得了不少可以(yi)媲美(mei)甚至(zhi)超(chao)越人(ren)類的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)果(guo)。與(yu)此同時(shi)，觸覺(jue)感知(zhi)技術(shu)發展相(xiang)對緩慢，一定(ding)程度上制(zhi)約了機器人(ren)能力(li)(li)的(de)(de)(de)擴(kuo)展。如何在人(ren)機交互(hu)、運(yun)動控制(zhi)和靈(ling)巧操作(zuo)等場景中讓(rang)機器人(ren)具備接近(jin)人(ren)類水(shui)平的(de)(de)(de)觸覺(jue)能力(li)(li)，成(cheng)(cheng)為近(jin)年的(de)(de)(de)研究熱點和技術(shu)挑戰之(zhi)一。
騰訊Robotics X機器(qi)(qi)(qi)人實驗室將觸覺傳感器(qi)(qi)(qi)與(yu)(yu)輪(lun)腿式機器(qi)(qi)(qi)人Ollie進行了創新(xin)性(xing)結合(he)(he)。該傳感器(qi)(qi)(qi)由(you)騰訊Robotics X 實驗室與(yu)(yu)清華大(da)學聯(lian)合(he)(he)研(yan)(yan)發，采(cai)用具(ju)有(you)超(chao)高(gao)(gao)靈敏度、超(chao)大(da)量程(cheng)、超(chao)快響應(ying)速度以(yi)及(ji)超(chao)強(qiang)循環穩定(ding)性(xing)的(de)新(xin)型(xing)壓阻材料(liao)，結合(he)(he)定(ding)制化(hua)的(de)電(dian)極(ji)適配模(mo)塊和高(gao)(gao)速信(xin)號采(cai)集(ji)模(mo)塊，加入自(zi)研(yan)(yan)的(de)軟硬件(jian)一(yi)體(ti)化(hua)解(jie)決方(fang)案，讓(rang)機器(qi)(qi)(qi)人可以(yi)感知身體(ti)表面極(ji)其細微(wei)的(de)壓力變化(hua)。相關研(yan)(yan)究成(cheng)果(guo)已(yi)經被納米科技領域的(de)國(guo)際頂級期刊ACS NANO接收(shou)。
加入新型觸(chu)覺(jue)傳(chuan)感器后(hou)，Ollie可以用自(zi)己(ji)的(de)“皮膚”來感受外界的(de)接(jie)觸(chu)信息，包括對觸(chu)碰方式、觸(chu)碰力度、觸(chu)碰方位、觸(chu)碰軌跡形狀的(de)感知和識別，并以不同(tong)方式作出回應。
有了觸覺的(de)(de)(de)支持，結(jie)合穩(wen)定的(de)(de)(de)運動(dong)能力，Ollie 還可以挑戰高難度的(de)(de)(de)頭部(bu)平衡(heng)、搬運球形(xing)物(wu)體的(de)(de)(de)任(ren)務(wu)，充分利(li)用(yong)球體與機(ji)(ji)器(qi)人表面的(de)(de)(de)接觸信息，結(jie)合自身姿態傳感(gan)器(qi)和關(guan)節電機(ji)(ji)編碼(ma)器(qi)的(de)(de)(de)數據，實現了上身物(wu)體操控能力和下身移(yi)動(dong)平衡(heng)能力的(de)(de)(de)完美結(jie)合。
在用移動機(ji)器人(ren)完成搬(ban)運任務(wu)時，一般會(hui)選(xuan)擇擁有穩定接觸面的(de)(de)搬(ban)運對(dui)象(xiang)，如(ru)紙箱等方形(xing)物體；如(ru)果要用平面“頭部”搬(ban)運易滾(gun)動滑(hua)落的(de)(de)球(qiu)形(xing)物體，對(dui)機(ji)器人(ren)就要困難得多(duo)。Ollie 利用新型觸覺傳(chuan)感器感知球(qiu)的(de)(de)相對(dui)位(wei)置與運動狀態，并(bing)實(shi)時處理數據(ju)，控(kong)制自(zi)身在不同地(di)形(xing)上(shang)實(shi)現平衡穩定行(xing)駛的(de)(de)基(ji)礎上(shang)，還能保持(chi)球(qiu)不掉落。其背(bei)后的(de)(de)領先性技術，為移動機(ji)器人(ren)提(ti)升(sheng)復雜場景下的(de)(de)自(zi)身移動與物品(pin)操(cao)控(kong)能力打下了堅(jian)實(shi)的(de)(de)基(ji)礎。
雙輪邁步“進化”，不同地面行走“如履平地”
值(zhi)得一提(ti)的(de)是，最(zui)新的(de)Ollie還展(zhan)示了雙輪(lun)邁(mai)步(bu)動(dong)(dong)作，與去年(nian)展(zhan)示的(de)“原地踏步(bu)”動(dong)(dong)作相(xiang)比，新增同時(shi)踏步(bu)和(he)移動(dong)(dong)的(de)能力，而且持(chi)續時(shi)間(jian)更長、動(dong)(dong)作更流(liu)暢、整體(ti)表現更穩定(ding)。
雙輪(lun)(lun)邁(mai)步動(dong)作的(de)完(wan)成依賴于動(dong)作生成技術(shu)。這(zhe)(zhe)需要將機(ji)(ji)器人的(de)動(dong)作劃分為單(dan)輪(lun)(lun)支撐(cheng)階(jie)段(duan)(duan)和(he)雙輪(lun)(lun)支撐(cheng)階(jie)段(duan)(duan)。在單(dan)輪(lun)(lun)支撐(cheng)階(jie)段(duan)(duan)，機(ji)(ji)器人以輪(lun)(lun)式邁(mai)步的(de)方(fang)(fang)式通過(guo)地面(mian)或跨越障礙物，存在單(dan)個輪(lun)(lun)子著(zhu)地，類(lei)似“單(dan)輪(lun)(lun)站(zhan)立(li)”的(de)狀態。此(ci)時，機(ji)(ji)器人既(ji)要利(li)用(yong)支撐(cheng)的(de)輪(lun)(lun)腿控制行駛轉(zhuan)向，又要保持(chi)俯仰(yang)和(he)橫滾方(fang)(fang)向的(de)動(dong)態平衡(heng)。面(mian)對這(zhe)(zhe)一情(qing)況，研究團隊建立(li)了簡化動(dong)力學模型(xing)，并(bing)依據該模型(xing)，使(shi)用(yong)非線性優化方(fang)(fang)法，完(wan)成動(dong)作生成與控制。
雙輪支撐(cheng)階段在(zai)邁步(bu)動作(zuo)(zuo)中(zhong)是一(yi)個瞬時的(de)切換狀(zhuang)態，雖然(ran)時間很短，但難度很高。在(zai)這(zhe)一(yi)階段，機器人(ren)的(de)兩個輪子與(yu)地(di)面間存在(zai)相對滑動。這(zhe)使得機器人(ren)的(de)接(jie)觸力和動力學(xue)特性十分復雜。因此，研究團隊采用(yong)了數(shu)據(ju)驅動方式，將(jiang)強化學(xue)習方法用(yong)于該動作(zuo)(zuo)中(zhong)關節角(jiao)序列的(de)生成，并(bing)將(jiang)生成的(de)關節角(jiao)序列用(yong)于機器人(ren)動作(zuo)(zuo)與(yu)姿態控制。
Ollie 出色的(de)平衡能(neng)力主要基于(yu)自(zi)適(shi)應動(dong)(dong)態規劃平衡控制(zhi)技術，這是騰訊Robotics X機(ji)器(qi)人實驗室的(de)重(zhong)點研究方向之一，相關論文已(yi)在行(xing)業(ye)內知名(ming)期刊(kan)IEEE Robotics and Automation Letters上(shang)發表，并在機(ji)器(qi)人領域國(guo)際頂級會議(yi)IEEE/RSJ IROS 2021上(shang)展示。在此(ci)基礎上(shang)，團隊(dui)將自(zi)適(shi)應動(dong)(dong)態規劃與(yu)全身動(dong)(dong)力學控制(zhi)技術相結(jie)合，實現了機(ji)器(qi)人更廣泛的(de)地形適(shi)應性(xing)，相關論文已(yi)被IEEE/RSJ IROS 2022錄用。
輪腿式(shi)機器人(ren)是近(jin)年來機器人(ren)研究的(de)前沿(yan)領域。Ollie兼具輪式(shi)結構(gou)和腿部(bu)能(neng)(neng)力(li)，輪式(shi)結構(gou)移動快、效(xiao)率高(gao)，而腿部(bu)能(neng)(neng)力(li)讓Ollie適應不平地面(mian)、完成跳躍(yue)臺階等動作。如今，加上(shang)觸覺和更為(wei)高(gao)階的(de)“雙輪邁(mai)步”，Ollie的(de)能(neng)(neng)力(li)不斷豐富(fu)。
未來，Ollie將會繼續作為騰(teng)訊Robotics X機器人(ren)實驗室的前沿(yan)技術探(tan)索的實驗平臺(tai)，承擔從機器人(ren)本體設計、系統集成到廣(guang)泛感知以及控制規劃算(suan)法等諸(zhu)多領域(yu)的研究任務，完成全棧技術能力的積累。
