MIT类人机器人后空翻绝技，你觉得怎么样？

机器之心报道

机器之心编辑部

设计一个能执行后空翻、旋转跳跃、跨越障碍物的机器人是极具挑战性的任务，因为这些机器人通常需要复杂的硬件设计、运动规划和控制算法。

在后空翻领域，最著名的机器人选手是来自波士顿动力的 Atlas。它能单脚站立、翻跟斗，甚至表演芭蕾舞步，但关于 Atlas 背后的技术秘密，人们了解甚少。

最近，麻省理工学院和马萨诸塞州大学阿默斯特分校的研究人员设计了一种能够执行后空翻等多种杂技动作的新型类人机器人，并提出了设计核心——执行器感知动力学运动规划器和着陆控制器，目前相关论文已上传至 arXiv 平台。

论文链接：https://arxiv.org/pdf/2104.09025.pdf

负责机器人软件和控制器开发的研究者 Donghyun Kim 表示：「在这项工作中，我们试图提出一种控制算法，使类人机器人能够执行各种杂技动作。为此，我们首先通过实验确定了执行器的性能和运动规划器的主要限制。」

为了执行高度动态的行为，机器人通常需要有效利用执行器。大多数现有机器人设计无法完全解决与硬件相关的挑战，例如在高扭矩、高速运动期间可能发生的电压下降。

正如 Donghyun Kim 所说：「对于机器人来说，执行动态运动是一项挑战，因为操作员必须首先了解硬件和软件之间的关系。我们基于对机器人硬件积累的经验和知识，尝试使用控制算法来解决动态运动中的关键硬件限制。」

Donghyun Kim 及其合作者开发了一种新方法，可以处理在运动规划和控制过程中与高度动态的机器人行为相关的约束。结合他们提出的机器人设计，就可以实现更多如杂技表演的动态运动。

这一新型的类人机器人与过去开发的其他类人机器人之间最明显的区别在于执行器。研究者通过几款四足机器人，包括 MIT Cheetah 猎豹 1、2、3 以及 mini Cheetah 机器人的出色性能，证明了执行器技术的显著改进。新型的类人机器人应用了相同的执行器技术，具有高度可反向驱动、快速精确的扭矩控制等特点，以及紧凑坚固的外形。

具体而言，MIT Cheetah 机器人的设计独特地结合了扭矩密集型电动机、高带宽力控制以及通过反向驱动减轻影响的能力。这种设计范式允许机器人产生将自身推进到空气中所需的脉冲，同时还提供机械鲁棒性，使其能够控制在着陆时发生的高速撞击。采用了相同的设计原则，接近最终设计的虚拟模型如下图所示。

下图所示的机器人高约 0.7 m，重约 21 kg。大约 75.6% 的质量集中在机器人的躯干、肩部和臀部，22.5% 在机器人的腿，其余 1.9% 在机器人的手臂。机器人的每条腿都有五个定制的执行器：三个用于臀部，一个用于膝盖，一个用于脚踝的间距。膝关节、踝关节和肘关节包含一个皮带传动系统，可在这些关节处提供更高的扭矩。每条腿可以在每只脚上产生 3D 地面反作用力以及围绕每只脚的俯仰轴和偏航轴的力矩，执行器设置详见下图。系统将由高性能 60V、3Ah 电池组供电，四个无线接触传感器被安装在每只脚的脚后跟和脚趾上，以检测接触时间。

随后，Donghyun Kim 和他的同事在仿真中测试了他们的机器人设计、运动规划器、着陆控制器以及各种杂技行为。

高效完成各种复杂任务是将来 MIT 类人机器人研发的目标。同时，研究人员计划在现实世界中测试他们的设计、运动规划器、控制算法。

「我们会继续在真实的机器人中测试开发的控制算法，并推动有腿机器人的动态能力，」Donghyun Kim 说。「我们还计划将感知系统整合到我们的控制算法中，让机器人更加能够对外部环境的变化做出响应。」

参考链接：https://techxplore.com/news/2021-05-mit-humanoid-robot-dynamic-robotic.html

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