9月9日(ri)，騰訊 Robotics X 機(ji)器(qi)人(ren)實驗室公布旗下輪腿式機(ji)器(qi)人(ren)Ollie最新研究(jiu)進展(zhan)，展(zhan)示(shi)了首次曝光的(de)(de)“觸(chu)覺交互(hu)”以及獨家的(de)(de)“雙輪邁步”，進一步豐(feng)富機(ji)器(qi)人(ren)“感官”、提升(sheng)其運動控制能力(li)，展(zhan)示(shi)了騰訊在機(ji)器(qi)人(ren)前沿技(ji)術上的(de)(de)領先布局(ju)與(yu)持續探索。
Ollie是騰訊自(zi)研的(de)輪腿式機器(qi)人(ren)，也是騰訊Robotics X 機器(qi)人(ren)實(shi)驗室繼機器(qi)狗 Jamoca 和(he) Max 之(zhi)后的(de)又一創新(xin)探(tan)索，它(ta)整合了(le)多項(xiang)領(ling)(ling)先的(de)移動控制技術，在(zai)運動規劃、平衡與穩(wen)定性、人(ren)機交互等領(ling)(ling)域做出了(le)重點突破。憑借靈活的(de)身(shen)姿，Ollie也被稱(cheng)為“輪滑小子”。
本次升(sheng)級中新(xin)增的觸(chu)覺(jue)傳感(gan)器(qi)，使得Ollie 擁有了“感(gan)知接觸(chu)的能力”，可以(yi)對觸(chu)摸動(dong)(dong)(dong)作給出回應，并挑戰(zhan)頭部平(ping)衡球形物(wu)體等高難(nan)度任務。同時，通過(guo)運(yun)動(dong)(dong)(dong)控制與動(dong)(dong)(dong)作生成(cheng)算法(fa)的升(sheng)級，Ollie可以(yi)持續穩定(ding)地完(wan)成(cheng)不(bu)同步頻的雙輪邁步動(dong)(dong)(dong)作，整體運(yun)動(dong)(dong)(dong)穩定(ding)性和(he)靈活度進一(yi)步提升(sheng)。
加入觸覺交互，挑戰頭頂平衡球搬運任務
感知(zhi)與認(ren)知(zhi)技術(shu)是機器人(ren)(ren)得以安(an)全、高效、自主(zhu)運(yun)行(xing)的(de)基礎。近(jin)年(nian)來，計(ji)算機視覺(jue)領(ling)域(yu)發(fa)展(zhan)迅速，取得了不少可(ke)以媲美甚至(zhi)超越(yue)人(ren)(ren)類(lei)的(de)成果。與此同(tong)時，觸(chu)覺(jue)感知(zhi)技術(shu)發(fa)展(zhan)相(xiang)對緩慢，一定程度上(shang)制約了機器人(ren)(ren)能(neng)力的(de)擴展(zhan)。如何在人(ren)(ren)機交互、運(yun)動(dong)控制和靈巧操作(zuo)等場(chang)景中讓機器人(ren)(ren)具(ju)備接近(jin)人(ren)(ren)類(lei)水平(ping)的(de)觸(chu)覺(jue)能(neng)力，成為(wei)近(jin)年(nian)的(de)研究熱(re)點和技術(shu)挑戰之一。
騰訊(xun)Robotics X機(ji)器人實驗(yan)(yan)室(shi)將觸覺傳感器與輪腿式機(ji)器人Ollie進(jin)行了創新性(xing)結合(he)(he)。該傳感器由騰訊(xun)Robotics X 實驗(yan)(yan)室(shi)與清華(hua)大(da)學聯合(he)(he)研(yan)發，采用具有超(chao)高靈敏(min)度、超(chao)大(da)量程(cheng)、超(chao)快響應(ying)速度以(yi)及超(chao)強循環穩定性(xing)的(de)新型壓阻材料(liao)，結合(he)(he)定制化(hua)的(de)電極適配模塊(kuai)和高速信號采集模塊(kuai)，加入自(zi)研(yan)的(de)軟硬件一體(ti)化(hua)解決方案，讓(rang)機(ji)器人可以(yi)感知身體(ti)表面極其細(xi)微(wei)的(de)壓力變化(hua)。相關研(yan)究成果已經(jing)被(bei)納米科技領(ling)域(yu)的(de)國際頂(ding)級期刊ACS NANO接收。
加入新型(xing)觸(chu)覺傳感(gan)器后，Ollie可以用自己的“皮(pi)膚(fu)”來感(gan)受外界的接觸(chu)信息，包括對(dui)觸(chu)碰(peng)(peng)方(fang)(fang)(fang)式、觸(chu)碰(peng)(peng)力度、觸(chu)碰(peng)(peng)方(fang)(fang)(fang)位、觸(chu)碰(peng)(peng)軌跡形狀的感(gan)知和識別，并以不(bu)同方(fang)(fang)(fang)式作出回(hui)應。
有了(le)觸覺的(de)支持，結合穩定的(de)運動能(neng)力，Ollie 還(huan)可以挑戰高難度的(de)頭部平(ping)衡、搬(ban)運球(qiu)形物(wu)體的(de)任務，充分利用球(qiu)體與(yu)機(ji)器(qi)人表面的(de)接觸信息，結合自身(shen)姿態(tai)傳感器(qi)和關節電機(ji)編碼器(qi)的(de)數據，實(shi)現(xian)了(le)上身(shen)物(wu)體操控(kong)能(neng)力和下身(shen)移(yi)動平(ping)衡能(neng)力的(de)完(wan)美結合。
在(zai)用移動(dong)機(ji)(ji)器人(ren)完(wan)成搬運任務時，一般會(hui)選擇擁(yong)有穩(wen)定接觸(chu)面的(de)搬運對象，如(ru)紙(zhi)箱等方形(xing)(xing)物體；如(ru)果要用平(ping)面“頭部”搬運易滾動(dong)滑(hua)落(luo)的(de)球形(xing)(xing)物體，對機(ji)(ji)器人(ren)就要困難得多。Ollie 利用新型觸(chu)覺傳感器感知球的(de)相對位置(zhi)與運動(dong)狀態，并實時處理數據(ju)，控(kong)制自身在(zai)不(bu)同地形(xing)(xing)上實現平(ping)衡穩(wen)定行駛的(de)基(ji)礎(chu)上，還能(neng)保持球不(bu)掉落(luo)。其背(bei)后的(de)領先性技(ji)術，為移動(dong)機(ji)(ji)器人(ren)提升復雜場景下的(de)自身移動(dong)與物品操控(kong)能(neng)力打下了(le)堅實的(de)基(ji)礎(chu)。
雙輪邁步“進化”，不同地面行走“如履平地”
值得一提的(de)是，最新的(de)Ollie還展示了雙輪邁步(bu)(bu)動作(zuo)，與去年(nian)展示的(de)“原地踏步(bu)(bu)”動作(zuo)相比(bi)，新增同時踏步(bu)(bu)和移動的(de)能力，而且持續時間更(geng)長(chang)、動作(zuo)更(geng)流(liu)暢、整體表現(xian)更(geng)穩(wen)定。
雙輪(lun)邁步(bu)動(dong)(dong)作的(de)完成依(yi)賴于動(dong)(dong)作生(sheng)成技術。這(zhe)需要將(jiang)機(ji)器(qi)人的(de)動(dong)(dong)作劃分為單(dan)輪(lun)支撐(cheng)階(jie)段和雙輪(lun)支撐(cheng)階(jie)段。在(zai)單(dan)輪(lun)支撐(cheng)階(jie)段，機(ji)器(qi)人以輪(lun)式邁步(bu)的(de)方(fang)式通過(guo)地面或跨越障礙物，存在(zai)單(dan)個輪(lun)子著地，類(lei)似“單(dan)輪(lun)站立”的(de)狀態。此時，機(ji)器(qi)人既(ji)要利用(yong)支撐(cheng)的(de)輪(lun)腿控(kong)(kong)制行駛轉(zhuan)向，又要保持俯仰和橫(heng)滾方(fang)向的(de)動(dong)(dong)態平衡。面對這(zhe)一(yi)情況，研究(jiu)團隊建(jian)立了(le)簡化(hua)動(dong)(dong)力學模型(xing)，并依(yi)據該模型(xing)，使用(yong)非線性優化(hua)方(fang)法，完成動(dong)(dong)作生(sheng)成與(yu)控(kong)(kong)制。
雙輪(lun)支撐階段在(zai)邁(mai)步動(dong)作(zuo)中是一(yi)個(ge)瞬(shun)時的(de)切換狀(zhuang)態，雖然時間(jian)很(hen)短(duan)，但難度(du)很(hen)高。在(zai)這(zhe)一(yi)階段，機器人(ren)的(de)兩個(ge)輪(lun)子與(yu)地面間(jian)存在(zai)相(xiang)對滑動(dong)。這(zhe)使得機器人(ren)的(de)接觸力和動(dong)力學(xue)特(te)性十分復雜。因此，研究團隊采用了數據(ju)驅(qu)動(dong)方(fang)式，將(jiang)(jiang)強(qiang)化學(xue)習方(fang)法用于該動(dong)作(zuo)中關(guan)節角序(xu)(xu)列的(de)生成，并將(jiang)(jiang)生成的(de)關(guan)節角序(xu)(xu)列用于機器人(ren)動(dong)作(zuo)與(yu)姿態控(kong)制。
Ollie 出色的(de)平(ping)(ping)衡(heng)能力(li)主要基(ji)于自(zi)適應動態規(gui)劃(hua)平(ping)(ping)衡(heng)控(kong)制技術(shu)，這是騰訊Robotics X機器(qi)人實(shi)驗室(shi)的(de)重點(dian)研究(jiu)方向之(zhi)一(yi)，相(xiang)(xiang)關論(lun)文已在行(xing)業內(nei)知名期(qi)刊(kan)IEEE Robotics and Automation Letters上發表，并(bing)在機器(qi)人領域國(guo)際頂級會議(yi)IEEE/RSJ IROS 2021上展(zhan)示。在此基(ji)礎上，團隊將自(zi)適應動態規(gui)劃(hua)與全身動力(li)學控(kong)制技術(shu)相(xiang)(xiang)結(jie)合，實(shi)現了機器(qi)人更廣(guang)泛的(de)地形適應性，相(xiang)(xiang)關論(lun)文已被IEEE/RSJ IROS 2022錄用。
輪(lun)腿式(shi)機(ji)器人(ren)(ren)是近年(nian)來機(ji)器人(ren)(ren)研(yan)究的(de)前沿領域(yu)。Ollie兼具輪(lun)式(shi)結(jie)構和(he)(he)腿部能力，輪(lun)式(shi)結(jie)構移動(dong)快、效率(lv)高(gao)，而腿部能力讓Ollie適應不平(ping)地面、完(wan)成跳(tiao)躍臺階(jie)等動(dong)作。如今(jin)，加(jia)上觸覺和(he)(he)更為(wei)高(gao)階(jie)的(de)“雙輪(lun)邁步”，Ollie的(de)能力不斷(duan)豐富。
未來，Ollie將會繼續作為騰(teng)訊Robotics X機(ji)器人實(shi)驗室(shi)的(de)前(qian)沿技術(shu)探索的(de)實(shi)驗平臺，承擔從機(ji)器人本體設計(ji)、系統集成(cheng)到廣泛感知(zhi)以及控制規(gui)劃(hua)算(suan)法(fa)等諸(zhu)多領域的(de)研究任務，完成(cheng)全(quan)棧(zhan)技術(shu)能力的(de)積累。
