为什么研究双足机器人,像钢铁侠一样的腿式机器人价值在哪里?

Annie 2017-03-17 11:23 智能硬件 来源:思达派 查看原文

双足机器人的研发难度比传统的轮式机器人、履带式机器人复杂的多,为何那么多科研人员还要投入全部精力去研究双足机器人?

填补国内市场空白、打破技术僵局

首先是国内机器人行业中,大多是轮式机器人、履带式机器人,或者双足仿人型也都是小型的娱乐类桌面机器人。虽然国内很多高校实验室也在研究双足机器人,但是由于人员配置和研究方向、时间精力等方面的限制,并不能保证效率。高校、科技馆和科研机构有需求,国内没有现成的技术拿来做研究,只能从国外购买。而国外要么售价太高(比如波士顿动力的Atlas售价200万美元),要么对华禁售,这种情况严重影响我国机器人的科研进展。

于是国内有科技公司认准了这一市场现状,做双足大仿人机器人的科研,可以给高校和科研工作者更多的深入研究机会。一方面解决目前高校和科技馆等场所的科研需求,填补市场空白,节省高校的投入;另一方面也可以促进我国在这一领域的技术进步,打破技术僵局。

适应能力更强、适用场景更加复杂

其次是双足机器人的使用场景更加复杂,应用领域更加广泛。传统轮式机器人、履带式机器人使用场景局限性大,传统的轮式机器人越障能力差、地形适应能力差、转弯效率低,或转外半径大,容易打滑,不够不平稳。而履带式机器人对地形的要求也很高,对高地落差较大的地形无能为力,不及双足机器人灵活方便。双足式机器人几乎可以适应各种复杂地形,能够跨越障碍,有着良好的自由度、动作灵活、自如、稳定。举个例子,餐厅使用的轮式服务机器人,对地形要求很高,可能还需要人去协助,并不能实现完全的智能服务。

现在智能机器人细分太多,可能一个家庭里将同时容纳扫地机器人、洗碗机器人、早教机器人等各种空间占用者,是否还需要再添一个收纳机器人来整理所有的机器人呢?亦或者是,只使用一个像人一样可以开发更多使用功能的双足大仿人机器人?

应用更广泛、符合机器人的未来发展方向

为什么做双足机器人?这是钢铁侠科技不断被问到的问题。实用性不明确一直是双足机器人研究者面临的难题。正如美国Agility Robotics的合作者,密西根大学校级教授Jessy Grizzle所言:假如有一天你的腿受伤了,你会希望换个轮子吗?

以下翻译自Robot Plotform的论述也许会给你启发:

现如今轮式机器人已经在机器人界占据了主要地位并且似乎非常受欢迎,然而创造者们正努力寻找着一种能够工作在任何环境中的合适的替代轮式机器人的方案。为机器人装上腿可能是这样的一种为无准备地形设计的解决方案。

腿对于人类或动物不是件新鲜事,但是为机器人装上腿是一个复杂的过程。婴儿学习行走和其中所涉及的学习曲线是人们普遍注意但经常忽视的事实。即使是我们这样聪明的人类都要花费数年去学习行走,可以想象为机器人创造腿并且教会它怎样行走是多么困难。虽然广泛的研究已经在腿式机器人领域展开,但研究者们仍在努力构建一个可以仿真人类行走或者任何动物运动的腿式机器人。

为机器人装上腿是一个复杂的任务,但和轮式机器人相比,腿式机器人有很多的优势,并且我们的世界中大多数活体生物都通过腿来适应任何环境和地形(除了使用鞭毛的细菌,算是一种生物轮)。以下是腿式机器人相比于轮式机器人的几个优点:

1. 腿式机器人或足型载具可以运行在任何轮式机器人不能工作的表面上。有适应于不同的表面的不同的轮子,但是没有一个标准能工作在任何表面上。此外,轮式是被设计于工作在准备好的表面比如光滑表面、道路、轨道等等。

2. 腿式机器人可以跳过或者跨越障碍物,而轮式机器人需要用某种方式穿过它或者采取另外的路径。

3. 轮式机器人需要运行在连续的路径中,而腿式机器人可以跨过分离的路径前进。例如,如果一个特定的城市遭遇地震,那么表面就会有非连续路径,这就是该让腿式机器人出场的舞台。

4. 腿式机器人可以避免在轮式机器人中无法避免的不必要的立足点。

5. 腿式机器人帮助我们探索认知人类和动物的运动。

6. 一旦我们从我们改良的栖息地迁移到粗糙,岩石,沙质,陡峭和不合适的地形,我们将会发现我们辉煌的发明车轮,将会变得毫无作用。

7. 最后,再造人类或者动物和挑战自然的尝试是令人兴奋的。

自从发明机器人的开始以来,对两足机器人(具有两条腿的机器人)的研究已经持续地进行,特别是对于发展中的类人型机器人。 创造类似于人的机器人将意味着它们不进行任何改变就可以在相同的人类工作环境中使用。这意味着它们被建造用来模仿人类和人类的行为。

双足机器人是动态稳定的,需要复杂的控制算法来使它们站立时平衡。 来自本田的“ASIMO”和来自索尼的“QRIO”以及来自钢铁侠科技的Artrobot都是可以行走、跑步、站立甚至跳舞的双足机器人的优秀例子。 这些机器人通过规划其脚步来保持稳定性。 计算每一步并且以使得移动重量时下一步仍然能使机器人稳定。 双足机器人的优点是较少的腿数,这能保证更少的重量和更少的腿间协调。

2016年6月中国人工智能学会理事长李德毅在钢铁侠科技成立院士工作站,他认为,“该类型机器人在人机交互和复杂地形的适应方面有天然优势。如果运动平衡问题解决好,再用人工智能技术当大脑,仿人机器人将具备广阔的应用场景和巨大的商业化价值,不仅可在机场、酒店、养老等服务行业广阔应用,在高校教具、娱乐影视、军用装备等方面也具有重要价值。”

随着人工智能的发展,在未来的生产生活中,仿人型双足行走机器人可以帮助人类解决很多问题,比如送餐、驮物、抢险、采矿等一系列危险或繁重的工作。

甚至如钢铁侠科技创始人张锐所期望的一样,在外太空等特殊环境中可以作为宇航员在空间站进行作业,替代人类去探索火星。

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