IT之家 9 月 24 日消息，騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室今日公布了其機(jī)器人最新研究成果 —— 人居環(huán)境機(jī)器人“5 號”（The Five，小五）。
據(jù)介紹，小五具備一系列創(chuàng)新技術(shù)和能力，目標(biāo)是成為可以與人居環(huán)境和諧相處的通用機(jī)器人。實(shí)驗(yàn)表明，小五可在真實(shí)人居環(huán)境中完成行走、搬運(yùn)物體等動(dòng)作，例如給老人取快遞、抱老人起床等。
騰訊表示，小五集合了此前多代機(jī)器人研發(fā)的核心能力，融合了四腿輪足復(fù)合設(shè)計(jì)、大面積觸覺皮膚、多指靈巧手以及安全人機(jī)物理交互等多項(xiàng)自研技術(shù)。IT之家附規(guī)格如下：
本體設(shè)計(jì)兼容并蓄：四腿輪足復(fù)合設(shè)計(jì)，讓機(jī)器人走得更快更穩(wěn)
與此前的機(jī)器人最大的不同之處在于，小五在本體上采用了四條直線腿和輪足復(fù)合的設(shè)計(jì)，既保持了足式機(jī)器人的越障能力，也保持了輪式機(jī)器人運(yùn)行的效率，讓機(jī)器人在平地上有更快的速度。
在運(yùn)動(dòng)模態(tài)方面，它在平地上可以切換四輪模態(tài)、兩輪模態(tài)運(yùn)動(dòng)；在四輪模態(tài)下可以根據(jù)不同的負(fù)載需求和環(huán)境空間，通過交叉腿的設(shè)計(jì)，擴(kuò)大和縮小支撐空間。
在不平整地形上，小五使用可伸縮的直線腿配合主動(dòng)力控，實(shí)現(xiàn)彈簧懸掛的效果，從而保證上半身平穩(wěn)。在樓梯和馬路牙子等場景，小五可以采用輪足復(fù)合的形式，順利走過去。
負(fù)載能力上，小五通過直線腿設(shè)計(jì)有效提升承載能力，每條直線腿可以單獨(dú)伸長縮短，可以根據(jù)不同的作業(yè)空間需求，調(diào)整支撐高度，從而實(shí)現(xiàn)“上摸高、下摸地”的廣闊作業(yè)空間，例如幫助用戶取放高處的物品，或者在低矮的空間中操作。
除了運(yùn)動(dòng)模態(tài)和負(fù)載能力，小五還可以自主折疊與展開，當(dāng)不需要工作時(shí)，小五可以自主折疊起來，減少占用空間，方便運(yùn)輸。
除了形態(tài)創(chuàng)新之外，根據(jù)腰部大負(fù)載的需求，小五采用自研的雙編碼器大扭矩密度的執(zhí)行器，讓機(jī)器人能夠更有力量，同時(shí)也在手臂上部署了自研的具有 180 個(gè)檢測點(diǎn)的大曲面覆蓋觸覺皮膚，這使得小五能夠擁有更加敏銳的“感官”，可以根據(jù)外界環(huán)境的變化作出相應(yīng)的反應(yīng)。
統(tǒng)一的控制框架：更強(qiáng)的感知、更靈活的控制
面對人居環(huán)境中多樣復(fù)雜的任務(wù)，小五需要具備兼顧靈敏的移動(dòng)能力和靈巧的操作能力，這對機(jī)器人的控制提出了較高的要求。
小五基于統(tǒng)一的控制框架，通過感知環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)地形識別和精準(zhǔn)定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對多地形的自主適應(yīng)，移動(dòng)與操作一體化的全身運(yùn)動(dòng)控制，及各模態(tài)下穩(wěn)定、高效、靈敏的移動(dòng)能力。
小五統(tǒng)一框架大致分為三個(gè)模塊，首先是大范圍復(fù)雜環(huán)境下高精度視覺感知定位和狀態(tài)估計(jì)，騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室基于激光雷達(dá)和 IMU 等傳感器搭建了一套高頻、低延遲、高精度的實(shí)時(shí)在線定位和建圖（SLAM）系統(tǒng)，并與輪足復(fù)合里程計(jì)進(jìn)一步融合，可以讓小五更好地感知環(huán)境和自身狀態(tài)。
其次是多層級（路徑級-軌跡級）的在線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，小五可以利用激光雷達(dá)和 RGBD 相機(jī)等傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)檢測周圍環(huán)境中的動(dòng)靜態(tài)障礙物，并在線規(guī)劃最優(yōu)路徑和控制指令，避免碰撞和意外發(fā)生，確保在復(fù)雜環(huán)境中安全高效地完成任務(wù)，比如攜人推輪椅主動(dòng)避障。
最后是面向多地形適應(yīng)移動(dòng)操作一體化的全身運(yùn)動(dòng)控制。如遇到有障礙的地形，比如人居環(huán)境中常見的樓梯，小五會(huì)移動(dòng)到樓梯附近，將自身模態(tài)由四輪運(yùn)動(dòng)模態(tài)調(diào)整到四足站立模態(tài)，進(jìn)而通過樓梯地形。上樓梯過程中，小五可以結(jié)合周邊精確的臺階地形和自身狀態(tài)估計(jì)，會(huì)規(guī)劃出在臺階上可達(dá)的落腳點(diǎn)位置，生成一系列的后續(xù)時(shí)刻質(zhì)心軌跡。隨后，全身運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)根據(jù)機(jī)器人的全身動(dòng)力學(xué)模型、質(zhì)心軌跡和落腳點(diǎn)信息，解算出各關(guān)節(jié)控制指令，控制小五上樓梯。上完樓梯后，小五可以從四足邁步模態(tài)切換回四輪運(yùn)動(dòng)模態(tài)，方便以更加高效、節(jié)能的姿態(tài)，在平地上完成其他復(fù)雜、多樣的任務(wù)。
進(jìn)一步地，小五具備有腿部主動(dòng)力控能力，這一能力類似于汽車的主動(dòng)懸掛功能，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜地形，如平地、斜坡、波浪坡、鵝卵石地面等常見家庭和市政地形，無需對現(xiàn)有的人類居住環(huán)境進(jìn)行改造。在該模式下，小五根據(jù)力傳感器和輪足里程計(jì)實(shí)時(shí)估算地面接觸點(diǎn)，利用自適應(yīng)阻抗控制和全身運(yùn)動(dòng)控制算法使得機(jī)器人可以適應(yīng)不同地形，且關(guān)節(jié)控制模塊中采用自適應(yīng)無模型摩擦補(bǔ)償算法實(shí)時(shí)補(bǔ)償摩擦力，使得它可以在低速和高速時(shí)平滑運(yùn)動(dòng)，提升力控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
安全多模態(tài)人機(jī)物理交互：讓機(jī)器人更加親切
依托觸覺和視覺感知，以及識別、規(guī)劃和控制算法，小五能夠與人類進(jìn)行安全舒適的物理交互，并準(zhǔn)確地理解、預(yù)測并滿足人類的日常行動(dòng)需求，例如輔助老人行走和坐立等。
以抱扶為例，為了幫助老人完成這一日常動(dòng)作，小五需要綜合考量老人從坐到站運(yùn)動(dòng)過程的特點(diǎn)、老人的身體狀態(tài)（如運(yùn)動(dòng)能力及物理需求）、小五本身的物理能力等問題。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，騰訊 Robotics X 實(shí)驗(yàn)室提出了機(jī)器人抱扶過程最優(yōu)控制模型。該模型考慮了老人本身的運(yùn)動(dòng)能力（如關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、驅(qū)動(dòng)能力等）、身體結(jié)構(gòu)（如身高、體重等）、站立過程的運(yùn)動(dòng)特性、機(jī)器人抱扶過程的負(fù)載分布等因素。
此外，為了使該模型更符合老人個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)特性，團(tuán)隊(duì)通過采集了少量老人的抱扶數(shù)據(jù)，讓模型從中學(xué)習(xí)出符合被抱扶老人的最優(yōu)模型參數(shù)，從而使該模型更符合老人被抱扶站立的運(yùn)動(dòng)特性。
此外，多模態(tài)感知系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵模塊之一，它為小五賦予了類似人類的感知能力，使其能夠更精準(zhǔn)地識別人類和復(fù)雜的人居環(huán)境。
據(jù)騰訊介紹，在這些感知模塊中，視覺和觸覺系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。視覺系統(tǒng)使小五能夠快速定位和識別人類的狀態(tài)，從而更有效地進(jìn)行交互和響應(yīng)。
在抱扶老人的過程中，高分辨率的觸覺系統(tǒng)能夠幫助小五以更安全和精確的方式提供支持和輔助，有效避免對老人造成不必要的壓力或傷害。這些技術(shù)的整合不僅提高了小五的功能性，也增強(qiáng)了其在實(shí)際操作中的敏感性和人性化表現(xiàn)。
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