飛起來的雙足機器人：四個涵道風(fēng)扇驅(qū)動，廣東工業(yè)大學(xué)出品

2021-09-01 11:42

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

機器之心報道

機器之心編輯部

盡管是在人類的保護下，但雙足機器人 Jet-HR2 的確短暫地飛了起來。

幾年前，來自廣東工業(yè)大學(xué)的研究團隊開發(fā)了一種雙足機器人 Jet-HR1。該機器人通過嵌入腳部的小型涵道風(fēng)扇在行走時改變重心來保持平衡。現(xiàn)在該研究團隊將這種足部安裝風(fēng)扇的設(shè)計又做了進一步的改進，讓第二代雙足機器人 Jet-HR2 飛了起來。

作為一個具備飛行能力的機器人，Jet-HR2 上裝有 2 個控制器——偏航控制器和變槳控制器。該研究用實驗展示了兩種控制器的作用。首先，在沒有偏航控制器的情況下飛行，機器人的飛行軌跡會顯著偏移，甚至呈一定的旋轉(zhuǎn)趨勢，如下圖所示：

所有的試驗都是用同樣的姿勢起飛的。為了防止機器人失去控制并掉下來，在機器人的腰部安裝了兩根碳管來抓住它。雖然飛得有點「慌亂」，但總歸是飛起來了。

其次，在沒有變槳控制器的情況下，機器人會向前飛行，并有俯沖摔落的趨勢：

最后，在變槳控制器和偏航控制器都就位的情況下，Jet-HR2 完成了較好的上升飛行，穩(wěn)定效果也不錯：

Jet-HR2 的實現(xiàn)原理

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2108.11557.pdf

Jet-HR2 機器人有 10 個關(guān)節(jié)，由無刷電機和用于運動的諧波驅(qū)動器驅(qū)動。為了克服小推力重量比條件下穩(wěn)定姿態(tài)起飛的挑戰(zhàn)，該研究基于推力矢量的概念設(shè)計了 Jet-HR2。它的推進系統(tǒng)由 4 個涵道風(fēng)扇組成，其中 2 個固定在機器人腰部，另外 2 個安裝在腳上，用于推力矢量控制，并通過在飛行過程中調(diào)整腳的姿態(tài)來控制推力矢量。此外，研究團隊還針對起飛過程中質(zhì)量誤差和關(guān)節(jié)位置誤差引起的姿態(tài)不穩(wěn)定問題，提出了一種簡化模型和控制策略。

Jet-HR2 的尺寸和涵道風(fēng)扇配置。

實驗結(jié)果表明，通過控制足部涵道風(fēng)扇的推力矢量，可以有效抑制機器人起飛時的旋轉(zhuǎn)和俯沖行為。每個風(fēng)扇可以提供 5 公斤的推力，總共 20 公斤，因此足以舉起 17 公斤重的機器人。但這里的推重比并不是很大，這就是控制的挑戰(zhàn)所在：沒有更多其他的動力，因此需要謹慎地分配推力。

最終，Jet-HR2 能夠以 1.17（17kg/20kg）的推重比成功實現(xiàn)起飛，并保持穩(wěn)定姿態(tài)（雖然不是完全受控），起飛高度超過 1000 毫米。

Jet-HR2 雙足機器人的腿部部件。

表面上，制造類人機器人并不是一件性價比很高的事情，但在某些層面，人形外觀具備得天獨厚的優(yōu)勢。正如論文作者所說：

近年來，各種用于災(zāi)難響應(yīng)的人形機器人接連面世，通過專門的控制理論和其他機制來克服不平坦的地形。從傳統(tǒng)上來說，類人機器人能夠通過行進和攀爬克服這些障礙，但這些策略缺乏效率，尤其是在一些難以克服的障礙或地質(zhì)斷層等危險環(huán)境中。對于復(fù)雜現(xiàn)實場景中的緊急任務(wù)，人形機器人有望實現(xiàn)更多動態(tài)的空中技能，例如超過身長數(shù)倍的跳高、跳遠、短距離飛行、懸停等。

類人機器人的性能還達不到人類的水平，尤其是在重量增加的情況下。另一方面，即使達到人類水平，機器人在松散、易倒塌或懸崖狀的地形上也可能顯得無助，這似乎是使用純關(guān)節(jié)致動器發(fā)力的限制。在這項研究中，研究者開發(fā)了一種可以使用涵道風(fēng)扇推進系統(tǒng)飛行的新型人形機器人，以探索其在復(fù)雜環(huán)境中搜索和救援的潛在價值。

不難想象，一臺可以飛行的人形機器人，將會有很多潛在的應(yīng)用方向。這也等待著更多的研究者去探索，更多研究細節(jié)可參考論文原文。

與吳恩達共話ML未來發(fā)展，2021亞馬遜云科技中國峰會可「玩」可「學(xué)」

2021亞馬遜云科技中國峰會「第二站」將于9月9日-9月14日全程在線上舉辦。對于AI開發(fā)者來說，9月14日舉辦的「人工智能和機器學(xué)習(xí)峰會」最值得關(guān)注。

當(dāng)天上午，亞馬遜云科技人工智能與機器學(xué)習(xí)副總裁Swami Sivasubramanian 博士與 AI 領(lǐng)域著名學(xué)者、Landing AI 創(chuàng)始人吳恩達（Andrew Ng ）博士展開一場「爐邊談話」。

不僅如此，「人工智能和機器學(xué)習(xí)峰會」還設(shè)置了四大分論壇，分別為「機器學(xué)習(xí)科學(xué)」、「機器學(xué)習(xí)的影響」、「無需依賴專業(yè)知識的機器學(xué)習(xí)實踐」和「機器學(xué)習(xí)如何落地」，從技術(shù)原理、實際場景中的應(yīng)用落地以及對行業(yè)領(lǐng)域的影響等多個方面詳細闡述了機器學(xué)習(xí)的發(fā)展。

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