騰訊發(fā)布首個軟硬件全自研的多模態(tài)四足機(jī)器人Max

3月2日，騰訊正式發(fā)布首個軟硬件全自研的多模態(tài)四足機(jī)器人Max，其采用創(chuàng)新性的足輪融合一體式設(shè)計，有腿又有輪，不僅擁有“崎嶇路面走得穩(wěn)，平坦路面跑得快”的特長，還能雙腿站立“拜年討紅包”。Max首次實現(xiàn)了從四足到雙足的站立、移動，能完成后空翻、摔倒自恢復(fù)等高難度動作，達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。

這也是騰訊Robotics X實驗室繼會走梅花樁的機(jī)器狗Jamoca和自平衡自行車之后又一科研進(jìn)展，騰訊在機(jī)器人移動能力上的研究不斷深入，逐步實現(xiàn)技術(shù)上的突破，為應(yīng)用打基礎(chǔ)。未來機(jī)器狗將有望在機(jī)器人巡邏、安保、救援等領(lǐng)域發(fā)揮作用，成為人類的智能伙伴和生活助手。

有腿又有輪，走得穩(wěn)還能跑得快

足式運動和輪式運動是當(dāng)前機(jī)器人移動能力研究的兩大主流方向。

就像大自然中的足腿動物，足式機(jī)器人更靈活，他們能跑、能跳、能爬樓梯、能翻越障礙，更適應(yīng)復(fù)雜的地形和環(huán)境。但在現(xiàn)代城鎮(zhèn)中，除了樓梯、欄桿、溝渠等障礙物，機(jī)器人更多接觸的是平坦道路，此時，輪式機(jī)器人的優(yōu)勢更明顯，能像汽車一樣穩(wěn)定、快速的運動。

因此，同時兼具不同移動模式的機(jī)器人無疑更靈活，實驗室在努力提升機(jī)器人的多模態(tài)移動能力，就像“變形金剛”，能夠根據(jù)需要自如地切換形態(tài)，以此完成更復(fù)雜的任務(wù)，目前已有多種足輪融合的技術(shù)方案面世。

騰訊機(jī)器狗Max采用了騰訊Robotics X實驗室自研的足輪融合方案，原創(chuàng)性地融合了足式與輪式運動模態(tài)。從硬件上的機(jī)械和電路設(shè)計，到軟件上的系統(tǒng)框架和控制算法創(chuàng)新，使得Max既有腿、又有輪，可以靈活切換，并有較好的平衡能力，在崎嶇路面走得穩(wěn)，在平坦路面跑得快，更契合人類社會的現(xiàn)實環(huán)境。

軟硬件三大創(chuàng)新，攻堅核心通用能力

為了實現(xiàn)這一特性，騰訊Robotics X實驗室在硬件設(shè)計和軟件研發(fā)上進(jìn)行了眾多創(chuàng)新。

在本體設(shè)計上，傳統(tǒng)的足輪融合方案是在足底增加額外的輪轂電機(jī)，該方案使得足式機(jī)器人的腿變得“笨重”，行走起來不夠順暢，靈活性也會有所降低。

為了解決這一難題，騰訊Robotics X實驗室提出了一種離合式足輪一體化機(jī)構(gòu)設(shè)計方案，通過增加一個質(zhì)量僅約20g的微型直線電機(jī)，使得膝關(guān)節(jié)電機(jī)可同時作為足式和輪式運動的驅(qū)動源，在基本不增加腿部慣量的同時，實現(xiàn)了機(jī)器狗的足輪多模態(tài)運動。同時，該設(shè)計方案使得Max在輪式運動下的能耗相比傳統(tǒng)的足輪融合方案降低了約50%。

騰訊Robotics X實驗室還設(shè)計了一種特殊的輪式結(jié)構(gòu)，將機(jī)器狗輪式運動的速度提升數(shù)倍，最高可達(dá)25公里/小時。

依托于騰訊自研的軟硬件系統(tǒng)框架，機(jī)器狗Max擁有敏銳的“神經(jīng)系統(tǒng)”，實現(xiàn)了亞毫秒級力控，大大降低了軟硬件系統(tǒng)延遲，讓它面對外界的響應(yīng)能力得到提升，反應(yīng)更快。

在運動規(guī)劃與控制算法上，Max既延續(xù)了騰訊Robotics X實驗室第一只機(jī)器狗Jamoca的魯棒控制算法，又不斷創(chuàng)新，擁有了更發(fā)達(dá)的“小腦”。不僅能得心應(yīng)手地完成足式移動、后空翻等常規(guī)動作，還首次實現(xiàn)了四足到雙輪站立的炫酷演示，在站立后甚至能使用前腿進(jìn)行簡單地操作任務(wù)，如抱球、按按鈕，甚至還能“討紅包”。

針對足式運動，Max基于自研的魯棒控制算法，平均計算耗時小于0.3ms，擁有摔倒自行恢復(fù)的技能，即使遭受大沖擊摔倒，也能自行恢復(fù)正常運行狀態(tài)，大大提高了機(jī)器人的實用性與可靠性。

針對輪式運動，Max綜合了NLMPC（Nonlinear Model Predictive Control，非線性模型預(yù)測控制）算法、QP（Quadratic Programming）優(yōu)化、柔順控制算法，完成了從趴地狀態(tài)到雙輪站立的起擺、平衡抗擾、落地控制。

相比于目前市面上僅使用雙輪完成平衡的移動設(shè)備，Max擁有多個關(guān)節(jié)，不僅在控制難度上更具挑戰(zhàn)性，在站立后的演示場景上更具多樣性。雙輪站立“解放”了四足機(jī)器人的前腿，擴(kuò)展了其操作空間，使得Max未來擁有更廣闊的應(yīng)用空間。

騰訊Robotics X實驗室主攻移動、靈巧操作和智能體三大機(jī)器人核心通用技術(shù)的研究與應(yīng)用。其中，移動能力被認(rèn)為是機(jī)器人最核心、也是最基本的能力之一，決定了機(jī)器人能去到什么場景，做什么事情，未來有什么樣的想象力。

實驗室移動技術(shù)框架包含本體設(shè)計、感知、運動規(guī)劃與控制，以及融合這三者的整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與搭建等四大模塊，他們分別可理解為機(jī)器人的軀干、眼睛、大腦，以及各“器官”協(xié)調(diào)的能力。

未來，騰訊 Robotics X 還將持續(xù)在機(jī)器人移動能力上深入探索，逐步實現(xiàn)從基礎(chǔ)能力到自研能力再到落地能力的突破，讓機(jī)器人助力人類更美好的生產(chǎn)生活。
責(zé)任編輯:tzh