【嘉德點(diǎn)評(píng)】波士頓動(dòng)力發(fā)明的足立式機(jī)器人，借助于多個(gè)傳感器以及控制算法，設(shè)計(jì)了具有低重心、易回正的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具有魯棒性的機(jī)器人自我回正。
集微網(wǎng)消息，2019年9月，波士頓動(dòng)力發(fā)布了關(guān)于機(jī)器狗 Spot 的視頻，視頻中展示了機(jī)器狗在各種地形中的出色避障表現(xiàn)，并且不僅可以避開(kāi)障礙物，而且還可以在極端的環(huán)境中保持平衡。
我們知道，機(jī)器人尤其是四足以及雙足機(jī)器人，其研發(fā)難點(diǎn)就在于如何保持機(jī)器人的平衡，雖然有了陀螺儀等多種傳感器設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但是要研發(fā)一套具有魯棒性的平衡性系統(tǒng)并不容易，機(jī)器人在行走過(guò)程中極有可能會(huì)滑倒或者翻倒，而機(jī)器人要進(jìn)行回正也非常困難且耗時(shí)。
因此，波士頓動(dòng)力在15年6月24日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“用于機(jī)器人自我回正的系統(tǒng)和方法”的專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)枺?01580033194.8），申請(qǐng)人為波士頓動(dòng)力公司。
根據(jù)目前該專(zhuān)利公開(kāi)的資料，讓我們一起看看波士頓的這項(xiàng)機(jī)器人自我回正方法吧。
如上圖，為這種回正方法的流程圖，系統(tǒng)中的硬件主要包括：機(jī)械系統(tǒng)120、傳感器系統(tǒng)130和控制系統(tǒng)140，而系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也借助于多種傳感器，例如：體載傳感器、2D/3D傳感器以及機(jī)械腿傳感器等，機(jī)械腿傳感器可以檢測(cè)機(jī)械腳是否與地面接觸。
首先，系統(tǒng)需要確定機(jī)器人裝置的底表面相對(duì)于地面的取向，這是因?yàn)闄C(jī)器人在進(jìn)行行走、俯仰、側(cè)滾以及橫擺等動(dòng)作時(shí)，其與地面接觸的部分會(huì)發(fā)生變化，因此可以利用這種變化進(jìn)行下一步的判斷。
當(dāng)機(jī)器人處于不穩(wěn)定的位置時(shí)，可以通過(guò)其質(zhì)心的位置來(lái)確定機(jī)器人的腳的位置，根據(jù)機(jī)器人自身與腳的相對(duì)位置關(guān)系，就可以判斷機(jī)器人是否可以進(jìn)行站立，從而恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)于四足機(jī)器人來(lái)說(shuō)，如果想要恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，則需要不斷調(diào)整腿部的位置，從而支撐身體重新站立起來(lái)，例如下圖所示。
可以看到，上圖左側(cè)為機(jī)器人站立時(shí)的姿態(tài)，其為具有四條腿的四足機(jī)器人，質(zhì)心靠近機(jī)器人的底表面，這樣有利于機(jī)器人保持平衡。而其底部被設(shè)置為U形，這樣就的好處在于當(dāng)機(jī)器人位于其側(cè)面上時(shí)，本體可以很自然的傾向于滾動(dòng)到穩(wěn)定位置。
而如上圖右側(cè)所示，為機(jī)器人處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這種不穩(wěn)定狀態(tài)可以通過(guò)機(jī)器人身上布置的傳感器進(jìn)行檢測(cè)，可以看到在這種情況下，機(jī)器人的腿部朝上，不能夠維持正常的平衡狀態(tài)。此時(shí)就需要借助于腿部的運(yùn)動(dòng)，來(lái)使機(jī)器人重新恢復(fù)穩(wěn)定。
在確定機(jī)器人的腳的位置后，可以不斷的調(diào)整機(jī)器人的腿部姿態(tài)，例如將第一側(cè)上的每一條腿從第一位置移動(dòng)到第二位置等，以此來(lái)使得機(jī)器人回正。最后還需要對(duì)最終狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，判斷機(jī)器人是否回到了穩(wěn)定位置，這也是由機(jī)器人身上分布的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如上圖，為完整的機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖，其具有四條腿，本體具有較低的質(zhì)心，底表面如上面介紹的那樣具有輪廓406，可以使得機(jī)器人裝置的重力勢(shì)能基于機(jī)器人的穩(wěn)定位置而減少，并且可以完成上述的自我回正動(dòng)作。
以上就是波士頓動(dòng)力發(fā)明的機(jī)器人自我回正方法，波士頓動(dòng)力公司演示的機(jī)器人視頻中，機(jī)器人均具有非常出色的自我回正表現(xiàn)，這依靠的不僅僅是例如上述這樣的自我回正方法，在機(jī)器人程序設(shè)計(jì)中，也包含著非常多的平衡性算法，正是依靠著出色的算法控制以及精細(xì)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能夠帶來(lái)如此出色的機(jī)器人，而波士頓動(dòng)力的四足機(jī)器人也已經(jīng)商用化，將給用戶(hù)帶來(lái)更大的價(jià)值。
（校對(duì)/holly）
