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2016-07-15

拟人步态机器人 DURUS:走起来路能有多像人?

说起双足机器人,许多机器人爱好者的第一反应可能是波士顿动力的 ATLAS,波士顿动力在 YouTube 更新的多个测试视频中,其双足、四足机器人的稳定性和他们花样繁多的虐机方式一样令人印象深刻。

不过,这次要说的是来自乔治亚理工学院 AMBER LAB 的 DURUS。虽然都是能够实现双足行走的机器人,但与 ATLAS 相比,DURUS 在行走方式上有着自己的特点。

ATLAS 在行走时会弯曲膝盖降低重心,以近似直上直下的平整步伐交替前进。

而 DURUS 的每一步则是脚跟先着地,然后转移重心,脚尖推动身体迈出下一步。

这样的步态与人类使用的行走方式十分相似。所以视频中的 DURUS 虽然摇摇晃晃,但走起来却更像人类。

DURUS 踝关节处有弹簧结构,在踏出每一步时,会吸收脚部接触地面带来的撞击,然后在抬脚时将能量释放。

你可能已经盯着那双阿迪达斯看了很久了——DURUS 脚部的的构造跟人类相似,相似到可以毫无违和地穿上运动鞋,而不会破坏机器人整体的平衡性——不过高跟鞋恐怕就不行了。

我们常常能在机器人身上看到仿生类设计,例如蛇形机器人、多足机器人等等,而双足机器人正是试图通过模仿人的移动方式,获得轮式机器人难以实现的地形适用性和高通过性,DURUS 让这种模仿更进了一步,细致到了对单次迈步动作的进一步分解,理论上可能拥有更加优秀的越野能力。

但这种更进一步的模仿也使得 DURUS 的步行动作变得更加复杂。和 ATLAS 一样,DURUS 在行走过程中会不断调整上半身的姿态,从而在双脚交替时保持身体平衡,而与 ATLAS 不同的是,DURUS 复杂的步态会让影响平衡的变量增多,地形、外力对平衡的影响可能会在脚部重心变化时被放大,也就对机器人的平衡算法提出了更高的要求。

此外,在硬件上,人类踝关节在水平的各个方向上都有一定的可动范围,肌肉对关节控制也更加细致,可以支持人类使用这种「不稳定」的步态行走。而从视频来看,DURUS 踝关节的横向可动范围十分有限,水平横向上姿态调整实际上是完全由髋关节完成的。这在水平路面上正常行走时可能并没什么影响,但遇上复杂的地形是可能就很难保持这样的步态了。

人类的步行方式进化为现在的形态一定是合理的,双足机器人对人类步态的模仿在方向上也一定可行的。然而另一方面,ATLAS 等机器人看起来有些「笨拙」的运动方式也同样是合理的——其合理性在于,这种「笨拙」的运动方式和目前机器人的硬件和软件水平相符合,二者结合之后达到的是机器人稳定性的最大化。

在深圳湾此前的文章中,有机器人从业人士指出,机器人是技术综合程度非常高的「物种」,让双足机器人实现更稳定地行走,需要可靠的结构设计和动力系统、稳定的控制系统和控制算法等等,每个部分的技术水平都会限制机器人整体形态。放在 DURUS 身上,要实现机器人步态的「升级」,除了对人类运动方式的研究和模仿,更多需要的是底层的硬件和软件技术的成熟和支持。

Uploads%2fusers%2favatar%2f1073130702%2fthumb heheng
何恒 2016-07-19 11:42

阿迪达斯亮了(*^__^*)

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