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德国人形机器人LOLA重大升级!学会「扶墙」,解锁最人性化的双足运动

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机器人大讲堂 2021-04-17 20:15

前不久,我们报道了慕尼黑工业大学LOLA 机器人的研究进展:不仅可以在崎岖地面自主行走,还能应对突然发生的地面变化,快速做出反应。

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近日,LOLA双足步行机器人又进行了一次重大升级,实现了依靠上肢辅助的多触点移动(multi-contact locomotion)。

直观地说,就是机器人学会扶墙了!

是不是看起来更像人了?

研究团队表示,这项技术仍处于早期阶段,但它为LOLA带来了迄今为止机器人中最人性化的双足运动。

比如,在通过崎岖不平的路面时,“下意识”地用双手扶住两边的墙壁。


机器人由于脚下的一块板子滑落而失去了平衡,但由于手部的支撑而能够保持直立。


在受到外来的推力时,单手撑住墙壁保持直立。


看起来很像腿脚不方便的老年人,在前进的过程中用手顺势扶下周围物体。


▍硬件与软件方面的挑战

LOLA的原始版本专为快速双足步行而设计,尽管它有两条手臂,但它们并不是要与环境接触,而是要补偿快速行走过程中脚部的动态影响。

而且,躯干设计相对简单,可以满足其原始目的。

然而,在多触点操纵过程中,它并不能承受来自手的高负荷。因此,研究人员从头开始重新设计了LOLA的整个上身。


从骨盆开始,躯干的强度和刚度增加了。团队通过优化关键零件,以最小的重量获得最大的强度。

此外,他们为手臂增加了额外的自由度,以增加手的可触及工作空间。

在软件方面,机器人采用了层次性架构。

在最高层次上,视觉系统先生成一个环境模型,并估计场景中机器人的6D姿态。然后,行走模式生成器使用这些信息来规划一个动态模型,引导LOLA到预定的目标位置。

在较低层次上,稳定模块来进一步完善这个环节,以补偿模型或其他因素产生的误差,并保持整体的平衡。


▍发展目标

研究人员表示,使用LOLA进行研究的主要目标之一是在复杂,崎岖不平的地形上保持快速自主的运动,最终达到与人类相似的步行速度。

研发团队希望通过这项研究,一方面能为直立行走的控制机制提供新思路,另一方面能证明目前对人类步态的生物力学模型的理解是否正确。

当前,LOLA可以以1.8 km/ h的速度进行多点接触运动并穿越不平坦的地形,这对于两足动物而言相对较快,但对人类而言仍然较慢。

平坦的地面上,LOLA的硬件使其能够以相对较高的3.38 km / h的最高速度行走。

在LOLA 变得越来越像人的同时,研究人员也在探索双足机器人如何利用它们的四肢以非人类的方式移动。用LOLA进行的这次研究就是朝更多可能性迈出的一步。

END

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