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2021年06月03日 | 空翻、高跳，抗「袭击」，腾讯全新轮腿式机器人亮相，登顶会ICRA
2021-06-03 来源：机器之心Pro
机器之心发布
机器之心编辑部
腾讯全新的轮腿式机器人亮相，相关研究登上顶会ICRA。
今年 3 月 2 日，腾讯发布多模态四足机器人，引起了极大关注。
今日，继 Max 之后，腾讯 Robotics X 实验室又一全新机器人亮相：轮腿式机器人 Ollie（奥利），它像一个灵活的「轮滑小子」，能完成跳跃、360 度空翻等高难度动作。
轮腿式机器人（wheel-legged robot）是近年来机器人研究的前沿领域。
最新亮相的 Ollie 就兼具轮式结构和腿部的能力：轮式结构移动快、效率高；腿部能力让 Ollie 适应不平地面、完成跳跃台阶等动作。
我们知道，近年来腾讯 Robotics X 实验室陆续展示了自平衡自行车、机器狗 Jamoca 和 Max，而 Ollie 积累了实验室的移动控制技术，并在运动规划、平衡与稳定性上重点突破。
伴随着 Ollie 的亮相，腾讯 Robotics X 实验室也公布了技术细节，相关论文已被 ICRA 2021 收录，介绍了轮腿式机器人平衡控制器的设计思路与实验结果。
日前在西安举办的 ICRA 2021，腾讯 AI Lab 及 Robotics X 实验室主任张正友博士也受邀作大会报告，介绍了 Robotics X 实验室在机器人移动研究领域的布局与进展，并分享了 Ollie 的技术细节。
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跳跃、360度空翻也能轻松搞定
要让机器人应对复杂地形，跳跃能力不可或缺。最低身高只有 35 厘米的 Ollie，可以跳上 40 厘米的台阶，竖直起跳高度最高可达 60 厘米。
甚至能轻松完成 360 度空翻挑战。
此外，在平地上时，Ollie 抗干扰能力极强，像是一个不倒翁一样能抗住各种「突发」状况。
那么 Ollie 是如何做到这些的？机械设计大有玄机。
据介绍，Ollie 单腿采用并联机构，与身体形成五连杆结构，使整体具有结构简单、动态性能高、爆发力强的特点。
「尾巴」的独特设计一方面为 Ollie 提供额外角动量，助其完成更高动态运动，如空翻。同时「尾巴」可充当第三条腿，增加稳定性，为搭载机械臂完成更多任务提供可能。
出色的运动能力，高动态高难度的空翻动作背后，源于腾讯 Robotics X 实验室的最新研究进展：非线性控制技术、全身动力学控制和轨迹规划。
非线性控制技术让机器人具备良好的平衡能力，此前实验室研发的自平衡自行车已应用同类技术，在静止及行进状态下均保持平衡不倒。
针对轮腿式机器人的形态和特点，实验室研发团队适应性地应用非线性控制方法，控制器不再受限于模型的可线性化区间内，使机器人 Ollie 在大角度倾斜时也具有良好的平衡能力和鲁棒性（Robust 音译，指在异常和危险情况下系统生存的能力）。
在双轮模式下，机器人与地面只有两个接触点，对平衡能力要求更高。在变换身高过不平整地面、甚至单腿过障碍时，Ollie 都能完美保持平衡。
全身动力学控制像给 Ollie 装上了发达的「小脑」，其采用最优化方法求得各关节力矩来实现全身姿态调整，不仅能让它实现更有挑战的运动，并在面对突如其来的巨大冲击如在空翻落地和遇到碰撞时，Ollie 能「以柔克刚」，顺利抵抗外界干扰，保持平衡。
除了平衡能力之外，Ollie 还拥有轨迹规划能力。在完成这些动作时，Ollie 要动用自己的「大脑」提前「想好」运动轨迹，即如何应用自身的形态和结构特点，最大程度地发挥关节电机性能来实现目标运动。
Ollie 以全身动力学模型为基础，将整个跳跃或空翻过程分解为起跳、飞行、落地三个阶段，通过优化手段得到完成整个运动的关节电机位置、速度和关节力矩的参考值序列。
目前 Ollie 还处于研发阶段。Robotics X 实验室告诉机器之心未来他们将基于轮腿式机器人平台的机动性特点，拓展平台上感知、负载等各功能模块搭建，让机器人具备更成熟、更丰富的能力。
比如，本次团队尝试探索了 Ollie 的负载能力，两轮、三轮可以随意切换，再加上一个机械臂，让它能够平稳地端起一杯咖啡，通过轮式移动递给远处的客人。
腾讯 Robotics X 实验室技术框架
腾讯 Robotics X 实验室主攻移动、灵巧操作和智能体三大机器人核心通用技术的研究与应用。其中，移动能力被认为是机器人最核心、也是最基本的能力之一。
实验室移动技术框架包含机械设计、感知、运动规划及控制，以及融合这三者的整机系统设计与搭建等四大模块，他们分别可理解为机器人的躯干、眼睛、大脑，以及各「器官」协调的能力。
Ollie 超强的「轮滑」、「空翻」能力就来源于这些器官协调后的结果。在机械设计、整机系统与控制软件上集成迭代了实验室技术积累，并重点在运动规划与控制上突破创新。新增的全身动力学控制与整机参数辨识提升了机器人运动的精准度、灵活度以及柔顺性，拓展了实验室的移动技术布局。
腾讯表示，未来，腾讯 Robotics X 实验室还将在机器人行业做全方位、多领域的探索，向人机共存、共创、共赢的未来不断迈进。
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