狗狗不能做到的事情，波士頓機器狗做到了

點開文章，會不會以為波士頓動力又搞新事情了？其實并沒有。

近來，各研究團隊對足式機器人的研究可謂層出不窮。前兩天文摘菌還發(fā)布了一篇關(guān)于“蜈蚣”機器人的文章，走一走、跳一跳都難不倒它。而今天這篇文章中神似波士頓動力的機器狗，做到了一些狗狗都難以做到的事情。

當(dāng)我們看到四足機器人時，很自然的會與我們熟悉的四足動物（如貓和狗）相比較。隨著近幾年的發(fā)展，四足機器人在某些極特殊情況下的能力已經(jīng)接近四足動物了，比如走路不摔跤。為了使機器人能夠達到生物學(xué)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，人們花了很長時間才讓四足機器人學(xué)會所有動物能做的事情。

但是，機器人并不會被生物學(xué)所限制，這意味著機器人有潛力學(xué)習(xí)動物做不了的事情。在不久前舉辦的2019年IROS大會上，就展示了一個能爬垂直梯子的四足機器人。

▲圖源：東京都立大學(xué)

為使機器人擁有自主攀爬的能力，研究團隊使用了循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)來訓(xùn)練其爬梯子。但這個能力目前只能針對特定的梯子，他們打算在接下來的研究中實現(xiàn)這一系統(tǒng)的普適化，讓機器人不需要預(yù)先訓(xùn)練就可以攀爬新的梯子。

谷歌的搜索結(jié)果顯示爬垂直梯子對于四足動物是很困難的。狗能夠做到，但你通常看到的都是狗在爬傾斜的梯子，而不是垂直的。貓能做的更好一些，但是爬垂直的梯子仍然是個挑戰(zhàn)，尤其是在爪子抓不牢的情況下。當(dāng)梯子的傾角減小為0度時，攀爬者的質(zhì)心就越來越遠離梯階，因此攀爬者必須通過抓緊梯階而不是站在上面來平衡自身重量，這對于抓力不強的動物是十分困難的。

▲圖源：東京都立大學(xué)

為爬90°直梯，研究人員也是操碎了心

為了實現(xiàn)爬梯子的功能，機器人的面部安裝了慣性測量裝置（IMU）和ToF 3D相機，爪子上安裝了觸摸傳感器和力量傳感器。英特爾NUC計算機充當(dāng)主控制系統(tǒng)，而Arduino被用作輔助控制器來管理內(nèi)部傳感器（力度，觸感和IMU）的輸入輸出信號。機器人具有23個自由度（DoF）：每條腿有5個自由度，雙激光測距傳感器有2個自由度，頭部有1個自由度。

大多數(shù)四足機器人也不具備強大的抓力，但給機器人增加抓力系統(tǒng)是一個可以嘗試的方向。東京都立大學(xué)的機器人專家制造了一個可愛的小四足機器人（約重7公斤），它的腿有5個自由度，其中一個爪子可以做到與其它爪子方向不同（就像我們的大拇指與其它四指一樣），可幫助其自主爬上無扶手的垂直梯子。

另外，從梯子爬到平臺上也是很困難的。研究團隊巧妙的解決了如何讓機器人用后腿抓住最上面的梯級，再通過反作用力把自己推到平臺上這一問題。

值得注意的是，這一自動攀爬系統(tǒng)是針對指定梯子訓(xùn)練的，并且用了五次才成功。研究團隊表明，失敗是由于執(zhí)行器缺少扭矩而不是整體方法的問題。這一點他們會在之后的工作中改進，并使這個系統(tǒng)更加普適，讓四足機器人能夠不用訓(xùn)練就可以攀爬新的梯子。