由上海交大設(shè)計研發(fā)的六足滑雪機器人 本文圖片均為 上海交通大學 供圖

近日，由上海交大設(shè)計研發(fā)的六足滑雪機器人在沈陽完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實驗，通過了穩(wěn)定控制、智能感知、規(guī)劃決策等多方面的測試。
機器人由上海交大高峰教授領(lǐng)銜、上海交大機械與動力工程學院和電子信息與電氣工程學院組成的足式機器人研究團隊研制，獲得了科技部國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項支持。據(jù)介紹，這是一臺采用雙板滑雪的六足機器人，中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個滑雪板上，用于控制滑雪板的位置和姿態(tài)，兩側(cè)的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模仿人，實現(xiàn)點杖的功能。每個滑雪板具有五個自由度，通過控制滑雪板的位姿可以實現(xiàn)滑雪的速度控制、轉(zhuǎn)彎和制動等功能。
滑雪機器人不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規(guī)劃最優(yōu)路線。在初級與中級雪道中的測試，機器人被證明具備敏捷的轉(zhuǎn)彎、制動能力和強大的自主感知、規(guī)劃能力。它能在雪場高速滑行，遇到障礙物還能急轉(zhuǎn)彎，繼續(xù)保持自己矯健的滑雪身姿；能在滑行的過程中完成高山滑雪運動中的“過旗門”任務(wù)，實現(xiàn)良好的速度、方向控制，具有滑行、急停、避障、繞桿等功能。
滑雪對人的穩(wěn)定性和靈活性要求極高，而這款機器人可通過無線遠程人機交互控制，挑戰(zhàn)模仿真人滑雪、在真實雪場環(huán)境中穿行人群，并在戶外初級和中級雪道自動完成啟動、滑行、轉(zhuǎn)彎、制動，無需人為干預。其控制系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)難度可想而知。記者從上海交大獲悉，研究團隊歷經(jīng)多次科研攻關(guān)，在機器人性能操控、感知規(guī)劃等關(guān)鍵算法設(shè)計上取得了創(chuàng)新突破，自主完成了從機構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)框架、穩(wěn)定控制到智能感知、自主規(guī)劃等一系列環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，最終使滑雪機器人集人機交互、環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃、智能決策和穩(wěn)定控制于一體。
研究團隊首先進行了機器人機構(gòu)設(shè)計和驅(qū)動器設(shè)計制造方面的研究，并為機器人建立了“大腦”——智能系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括動態(tài)平衡穩(wěn)定控制、智能感知和智能規(guī)劃，通過設(shè)計智能和行為智能的有機融合，使得機器人能夠分析人的滑雪行為數(shù)據(jù)，模仿人的滑雪動作，適應戶外雪面的環(huán)境特性，實現(xiàn)了自主快速穩(wěn)定地滑行。
在設(shè)計過程中，研究團隊分別以人工遙控和自主規(guī)劃的方式在滑雪機上對機器人身高、身體俯仰角、重心前后位置、重心左右位置、左右雪板夾角、左右腿高低、左右雪板前后位置進行控制，完成速度控制和轉(zhuǎn)向控制的測試。其中，人工遙控穩(wěn)定轉(zhuǎn)向滑行最高速可達3.2 m/s；自主規(guī)劃勻速直線滑行最高速可達5.17 m/s，穩(wěn)定轉(zhuǎn)向滑行最高速可達2.45 m/s。研發(fā)團隊暢想，冬奧會結(jié)束后，這款機器人還可以結(jié)合當下5G、無線網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)，通過遠程控制，實現(xiàn)滑雪機器人同場競技，創(chuàng)造電-機-競的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創(chuàng)造科技感十足的娛樂新風尚。未來，機器人也將成為冰雪運動的重要參與主體，可進一步發(fā)揮其科技優(yōu)勢，在高山和冰雪環(huán)境中開展巡邏、實施救援，幫助人們規(guī)避風險，創(chuàng)造更舒適安全的冰雪體驗環(huán)境。