波士頓動力如何重新定義機(jī)器人的敏捷度

（文章來源：機(jī)器人大講堂）

波士頓動力公司受到生物啟發(fā)而制造的機(jī)器人，經(jīng)常以高超的敏捷度和像動物一般的反射行為讓人驚掉大牙。但是，這些杰作并沒有阻止波士頓動力將他們的技術(shù)推向新的高度。他們最新的雙腿機(jī)器人產(chǎn)品可以跋山涉水，翻越障礙物，甚至可以像體操運(yùn)動員一樣完成空翻。每當(dāng)波士頓動力在油管上發(fā)布新產(chǎn)品的相關(guān)視頻時(shí)，都會迅速收到百萬點(diǎn)擊量。這可謂是第一個(gè)可以被稱為互聯(lián)網(wǎng)明星的機(jī)器人。

近幾年，波士頓動力創(chuàng)造了一系列能力強(qiáng)大的機(jī)器人，并把他們分別命名為BigDog，SandFlea，WildCat，這簡直是創(chuàng)造了一個(gè)小型動物園啊！當(dāng)我們參觀時(shí)，我們把目光鎖定在該公司目前為止最先進(jìn)的兩個(gè)機(jī)器人上，分別是四足機(jī)器人Spot，和人類尺寸的仿人機(jī)器人Atlas。

Spot可以感知周邊環(huán)境，因此可以在大部分復(fù)雜地面上行進(jìn)。波士頓動力已經(jīng)開放了Spot機(jī)器人的租賃服務(wù)，同時(shí)計(jì)劃每年生產(chǎn)一千臺以上。他們設(shè)想了Spot的應(yīng)用場景，包括打包，檢查工業(yè)現(xiàn)場，執(zhí)行危險(xiǎn)品任務(wù)，甚至可以運(yùn)輸包裹。當(dāng)然，Spot機(jī)器人在油管上有極高的聲望。甚至，他已經(jīng)在馬戲團(tuán)亮相了，開啟了自己的演藝生涯。

我們的另一個(gè)拍攝對象是Atlas，他是波士頓動力最大的明星。這個(gè)150厘米高的人形機(jī)器人具有出色的運(yùn)動性能。為了驅(qū)動Atlas，波士頓動力的工程師們重新設(shè)計(jì)了一套復(fù)雜且緊湊有力的液壓系統(tǒng)。這套系統(tǒng)為80公斤的Atlas提供了強(qiáng)大的動力，使其可以完成一些這么大尺寸機(jī)器人看起來無法完成的任務(wù)，包括雜技般的飛躍和翻滾。

當(dāng)波士頓動力專注于制造機(jī)器人時(shí)，其實(shí)他們早就證明了他們可以賣出機(jī)器人。自1992年從MIT衍生并成立以來，波士頓動力一直以研發(fā)為中心，其早期的大部分資金來自美國的軍方。自2017年被軟銀收購以來，他們似乎加快了商業(yè)化進(jìn)程。眾所周知，軟銀的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官孫正義（Masayoshi Son）十分熱愛機(jī)器人，當(dāng)然也熱愛利潤。

Spot的推出對于波士頓動力來說是重要的一步，因?yàn)樗噲D“制造”他們的發(fā)明產(chǎn)物。當(dāng)然，Raibert表示波士頓動力將始終堅(jiān)持他們的長期目標(biāo)：他們想要制造能與世界動態(tài)交互的機(jī)器人，就像動物和人之間的關(guān)系一樣。要說到有什么改變？當(dāng)然有。當(dāng)Raibert還是機(jī)器人研究員時(shí)，他統(tǒng)計(jì)文章的引用數(shù)，而現(xiàn)在，他統(tǒng)計(jì)油管的瀏覽量。

波士頓動力設(shè)計(jì)了神奇的移動機(jī)器人Spot用以進(jìn)行多樣化的應(yīng)用。公司并沒有給出Spot的價(jià)格是多少，他們只提供給特定的客戶進(jìn)行租賃。借助有效的載荷托架，Spot可以在背部增加多達(dá)14公斤的額外硬件。波士頓動力給出了一套參考的解決方案，他們在Spot背部安裝了一個(gè)6自由度機(jī)械臂，這讓機(jī)器人具有了抓取物件和開門等技能。

Spot的硬件幾乎完全是定制設(shè)計(jì)的，包括用于控制的功能強(qiáng)大的處理板以及用于感知的傳感器模塊。傳感器布置在機(jī)器人的前側(cè)，后側(cè)和兩側(cè)。每個(gè)模塊均包括一對立體相機(jī)，一個(gè)廣角相機(jī)和一個(gè)紋理投影儀，可以增強(qiáng)低光度下的3D感應(yīng)。這些傳感器使Spot可以使用SLAM導(dǎo)航方法，或同時(shí)進(jìn)行定位和地圖繪制來自動繞行障礙物。

除了自主行為以外，Spot同時(shí)支持操作者使用游戲手柄控制。但即使在操作模式，Spot仍然展示出高度的自動化程度。如果前方有障礙物，Spot將自動避開。如果有臺階，Spot會選擇爬過。機(jī)器人在無需操作員的任何輸入的情況下進(jìn)入這些操作模式，然后完全自行執(zhí)行相關(guān)動作。如果是下臺階，Spot將采用倒行的方式。波士頓動力表示這是一種最穩(wěn)定的模式。

Spot的腿由12個(gè)通過齒輪減速的高扭矩定制DC電機(jī)驅(qū)動。機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)向前行走，側(cè)身，向后行走，也可以在trot步態(tài)下達(dá)到最高1.6米每秒的速度，可以原地轉(zhuǎn)彎。同時(shí)，也可以使用其他步態(tài)。在一個(gè)廣為流傳的油管視頻中，Spot甚至跟著節(jié)拍完成了一曲“Uptown Funk”!

Atlas由一個(gè)包含28個(gè)驅(qū)動器的液壓系統(tǒng)提供動力。這些驅(qū)動器是充滿高壓流體的氣缸，可以用很大的力來驅(qū)動活塞。它們的高性能部分歸功于定制的伺服閥，該閥比波士頓動力公司在早期設(shè)計(jì)中使用的伺服閥要小得多，同時(shí)也更輕便。盡管從外面看不出這些結(jié)構(gòu)，Atlas內(nèi)部充滿了這些液壓驅(qū)動器，以及連接驅(qū)動器的流體線路。當(dāng)其中一條管線破裂時(shí)，Atlas的液壓油就會泄露，而液壓油恰好是紅色的，就像人流血一樣！

當(dāng)前版本的Atlas是對2015年DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽原始模型的徹底升級。最新的機(jī)器人更輕，而且更敏捷！波士頓動力公司使用工業(yè)級3D打印機(jī)來制造關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部件，從而使機(jī)器人具有比早期設(shè)計(jì)更高的強(qiáng)度重量比。下一代Atlas還可以做其前任無法做到的事情，他將可以實(shí)現(xiàn)跌倒后自行起身。

為了控制Atlas，操作員可以通過手動控制器提供一般轉(zhuǎn)向，而機(jī)器人則使用其立體攝像頭和激光雷達(dá)來適應(yīng)環(huán)境的變化。Atlas還可以自主執(zhí)行某些任務(wù)。例如，如果將特殊的條形碼類型的標(biāo)簽添加到紙板箱上，Atlas就可以將識別出來并把它們撿起來，堆疊或放置在架子上。

Atlas的控制軟件并未明確告知機(jī)器人如何移動關(guān)節(jié)，而是采用了數(shù)學(xué)模型來說明機(jī)器人身體的基本物理原理以及它如何與環(huán)境相互作用。Atlas依靠其整個(gè)身體來進(jìn)行平衡和移動。當(dāng)跳過障礙物或進(jìn)行雜技表演時(shí)，機(jī)器人不僅使用腿，而且還運(yùn)用其上身，擺動手臂以像運(yùn)動員一樣推動自己。
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