9月9日，騰訊 Robotics X 機(jī)器人實驗室公布旗下輪腿式機(jī)器人Ollie最新研究進(jìn)展，展示了首次曝光的“觸覺交互”以及獨家的“雙輪邁步”，進(jìn)一步豐富機(jī)器人“感官”、提升其運(yùn)動控制能力，展示了騰訊在機(jī)器人前沿技術(shù)上的領(lǐng)先布局與持續(xù)探索。

Ollie是騰訊自研的輪腿式機(jī)器人，也是騰訊Robotics X 機(jī)器人實驗室繼機(jī)器狗 Jamoca 和 Max 之后的又一創(chuàng)新探索，它整合了多項領(lǐng)先的移動控制技術(shù)，在運(yùn)動規(guī)劃、平衡與穩(wěn)定性、人機(jī)交互等領(lǐng)域做出了重點突破。憑借靈活的身姿，Ollie也被稱為“輪滑小子”。

本次升級中新增的觸覺傳感器，使得Ollie 擁有了“感知接觸的能力”，可以對觸摸動作給出回應(yīng)，并挑戰(zhàn)頭部平衡球形物體等高難度任務(wù)。同時，通過運(yùn)動控制與動作生成算法的升級，Ollie可以持續(xù)穩(wěn)定地完成不同步頻的雙輪邁步動作，整體運(yùn)動穩(wěn)定性和靈活度進(jìn)一步提升。

加入觸覺交互，挑戰(zhàn)頭頂平衡球搬運(yùn)任務(wù)

感知與認(rèn)知技術(shù)是機(jī)器人得以安全、高效、自主運(yùn)行的基礎(chǔ)。近年來，計算機(jī)視覺領(lǐng)域發(fā)展迅速，取得了不少可以媲美甚至超越人類的成果。與此同時，觸覺感知技術(shù)發(fā)展相對緩慢，一定程度上制約了機(jī)器人能力的擴(kuò)展。如何在人機(jī)交互、運(yùn)動控制和靈巧操作等場景中讓機(jī)器人具備接近人類水平的觸覺能力，成為近年的研究熱點和技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

騰訊Robotics X機(jī)器人實驗室將觸覺傳感器與輪腿式機(jī)器人Ollie進(jìn)行了創(chuàng)新性結(jié)合。該傳感器由騰訊Robotics X 實驗室與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)，采用具有超高靈敏度、超大量程、超快響應(yīng)速度以及超強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性的新型壓阻材料，結(jié)合定制化的電極適配模塊和高速信號采集模塊，加入自研的軟硬件一體化解決方案，讓機(jī)器人可以感知身體表面極其細(xì)微的壓力變化。相關(guān)研究成果已經(jīng)被納米科技領(lǐng)域的國際頂級期刊ACS NANO接收。

加入新型觸覺傳感器后，Ollie可以用自己的“皮膚”來感受外界的接觸信息，包括對觸碰方式、觸碰力度、觸碰方位、觸碰軌跡形狀的感知和識別，并以不同方式作出回應(yīng)。

 

有了觸覺的支持，結(jié)合穩(wěn)定的運(yùn)動能力，Ollie 還可以挑戰(zhàn)高難度的頭部平衡、搬運(yùn)球形物體的任務(wù)，充分利用球體與機(jī)器人表面的接觸信息，結(jié)合自身姿態(tài)傳感器和關(guān)節(jié)電機(jī)編碼器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了上身物體操控能力和下身移動平衡能力的完美結(jié)合。

 

 

在用移動機(jī)器人完成搬運(yùn)任務(wù)時，一般會選擇擁有穩(wěn)定接觸面的搬運(yùn)對象，如紙箱等方形物體；如果要用平面“頭部”搬運(yùn)易滾動滑落的球形物體，對機(jī)器人就要困難得多。Ollie 利用新型觸覺傳感器感知球的相對位置與運(yùn)動狀態(tài)，并實時處理數(shù)據(jù)，控制自身在不同地形上實現(xiàn)平衡穩(wěn)定行駛的基礎(chǔ)上，還能保持球不掉落。其背后的領(lǐng)先性技術(shù)，為移動機(jī)器人提升復(fù)雜場景下的自身移動與物品操控能力打下了堅實的基礎(chǔ)。

 

雙輪邁步“進(jìn)化”，不同地面行走“如履平地”

 

值得一提的是，最新的Ollie還展示了雙輪邁步動作，與去年展示的“原地踏步”動作相比，新增同時踏步和移動的能力，而且持續(xù)時間更長、動作更流暢、整體表現(xiàn)更穩(wěn)定。

雙輪邁步動作的完成依賴于動作生成技術(shù)。這需要將機(jī)器人的動作劃分為單輪支撐階段和雙輪支撐階段。在單輪支撐階段，機(jī)器人以輪式邁步的方式通過地面或跨越障礙物，存在單個輪子著地，類似“單輪站立”的狀態(tài)。此時，機(jī)器人既要利用支撐的輪腿控制行駛轉(zhuǎn)向，又要保持俯仰和橫滾方向的動態(tài)平衡。面對這一情況，研究團(tuán)隊建立了簡化動力學(xué)模型，并依據(jù)該模型，使用非線性優(yōu)化方法，完成動作生成與控制。

雙輪支撐階段在邁步動作中是一個瞬時的切換狀態(tài)，雖然時間很短，但難度很高。在這一階段，機(jī)器人的兩個輪子與地面間存在相對滑動。這使得機(jī)器人的接觸力和動力學(xué)特性十分復(fù)雜。因此，研究團(tuán)隊采用了數(shù)據(jù)驅(qū)動方式，將強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法用于該動作中關(guān)節(jié)角序列的生成，并將生成的關(guān)節(jié)角序列用于機(jī)器人動作與姿態(tài)控制。

Ollie 出色的平衡能力主要基于自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃平衡控制技術(shù)，這是騰訊Robotics X機(jī)器人實驗室的重點研究方向之一，相關(guān)論文已在行業(yè)內(nèi)知名期刊IEEE Robotics and Automation Letters上發(fā)表，并在機(jī)器人領(lǐng)域國際頂級會議IEEE/RSJ IROS 2021上展示。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊將自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃與全身動力學(xué)控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了機(jī)器人更廣泛的地形適應(yīng)性，相關(guān)論文已被IEEE/RSJ IROS 2022錄用。

 

輪腿式機(jī)器人是近年來機(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，而腿部能力讓Ollie適應(yīng)不平地面、完成跳躍臺階等動作。如今，加上觸覺和更為高階的“雙輪邁步”，Ollie的能力不斷豐富。

未來，Ollie將會繼續(xù)作為騰訊Robotics X機(jī)器人實驗室的前沿技術(shù)探索的實驗平臺，承擔(dān)從機(jī)器人本體設(shè)計、系統(tǒng)集成到廣泛感知以及控制規(guī)劃算法等諸多領(lǐng)域的研究任務(wù)，完成全棧技術(shù)能力的積累。

雷峰網(wǎng)版權(quán)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。