雙足機(jī)器人Cassie玩轉(zhuǎn)高難度漂移板

人類都很難駕馭的漂移板，卻被加州大學(xué)伯克利分校的雙足機(jī)器人Cassie輕松實(shí)現(xiàn)，直行、轉(zhuǎn)彎、高速行駛都不在話下。IEEE Spectrum對機(jī)器人設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了專訪，為我們揭開Cassie背后的技術(shù)。

機(jī)器人現(xiàn)在也可以駕馭漂移板了！新智元之前報(bào)道過媲美波士頓動力，雙足機(jī)器人Cassie逆天跑跳，還會騎平衡車。而最近，Cassie的能力又升級了——超難的漂移板也能輕松駕馭！雙足機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具有人類走路的能力，但與此同時(shí)，在某些特定情況下，滑行也是有必要的。讓雙足機(jī)器人學(xué)會使用人類的滑行工具便成了很有意思的一個(gè)課題。但是，使用這些工具并不是一件易事。畢竟，連人類使用它們也是非常困難的。

而在加州大學(xué)伯克利分校，由Koushil Sreenath領(lǐng)導(dǎo)的混合機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室便成功實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)任務(wù)，而且是難度最大的漂移板！值得注意的是，Cassie是自主運(yùn)行并完成這項(xiàng)任務(wù)的，它在漂移板上是實(shí)時(shí)完成所有自己的計(jì)算。這證明了加州大學(xué)伯克利分校控制器的穩(wěn)定性，他們愿意讓機(jī)器人在不受束縛的情況下在室外運(yùn)行，而且他們貌似正長期考慮帶輪子的雙足機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)世界中的用處：我們的反饋控制和自主系統(tǒng)允許在城市環(huán)境中快速移動，以幫助從食品運(yùn)送到安全、監(jiān)視到搜索和救援任務(wù)的各個(gè)方面。這項(xiàng)工作也可以幫助大型工廠和倉庫的運(yùn)輸。

IEEE Spectrum對話UC伯克利：有關(guān)Cassie我們想了解的一切

UC伯克利：它在真實(shí)世界中的表現(xiàn)就跟我們在視頻中看到的是一樣的，Cassie可以在校園里流暢的騎電動漂移板。

控制器可以讓Cassie穩(wěn)穩(wěn)的騎在漂移板上，并能夠成功克服各種干擾，除了一種失效模式目前Cassie還解決不了。這種情況一般會發(fā)生在比如橫向經(jīng)過斜坡、或者一個(gè)大的障礙物在一側(cè)的時(shí)候，會讓板子側(cè)翻離開機(jī)器人的雙腳。

目前Cassie還沒辦法自己上板下板。新智元注：漂移板分很多類型。像視頻中這種漂移板操作難度非常大，碰到一些障礙沒辦法像滑板一樣用ollie越過去，一旦從上面下來再站上去也很困難。IEEE Spectrum：Hybrid機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室一直致力于讓機(jī)器人能夠克服各種地形挑戰(zhàn)。但是像漂移板如何適應(yīng)各種地形呢？

UC伯克利：有意思的是，這項(xiàng)研究與我們之前在離散地形上行走的工作有關(guān)。雖然在粗糙和離散的地形，足的效果是最好的，但在平坦地形上輪子顯然更有效。

使足式機(jī)器人能夠騎在各種小的移動平臺上（例如漂移板、小魚板、平衡車等），將提供多模式運(yùn)動能力，提高各種地形上的運(yùn)動效率。目前的研究通過使用漂移板這樣的輪式平臺進(jìn)一步延伸了雙足機(jī)器人在連續(xù)地形上的運(yùn)動能力。從長遠(yuǎn)來看，我們希望開發(fā)多模態(tài)運(yùn)動策略，以使雙足機(jī)器人能夠在日常生活中穩(wěn)健有效地運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)中，加州大學(xué)伯克利分校的研究人員表示，Cassie證明能夠在粗糙和不平坦的地形上騎行，包括下樓梯。

IEEE Spectrum：訓(xùn)練Cassie使用漂移板需要多長時(shí)間？有什么比一般人類更擅長的技巧嗎？

UC伯克利：開發(fā)整個(gè)系統(tǒng)（例如控制器，路徑規(guī)劃器和視覺系統(tǒng)）整整花了8個(gè)月時(shí)間，其中還包括了開發(fā)Cassie和漂移板的數(shù)學(xué)模型、建立動態(tài)模擬、找出Cassie如何與各種傳感器的連接和通信。接下來我們會做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)以慢慢提高性能。

相比之下，一個(gè)具有良好平衡感、有過類似輪式運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)的人，需要花幾個(gè)小時(shí)才能學(xué)會使用漂移板。而沒有任何滑板、輪滑經(jīng)驗(yàn)的人來說，可能需要更長的時(shí)間。

一個(gè)熟練漂移板的人可以自由的在兩個(gè)板子上轉(zhuǎn)換，但是Cassie不行。因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法需要非零前進(jìn)速度才能轉(zhuǎn)換。不過，Cassie在粗糙和不平坦的地形上表現(xiàn)的比一般人更好，甚至可以騎著漂移板下一些樓梯！

IEEE Spectrum：如何讓Cassie更快或更靈活玩轉(zhuǎn)漂移板？

UC伯克利：雖然Cassie目前可以流暢的前進(jìn)并躲避障礙物，但這種能力受到傳感、控制器和機(jī)載計(jì)算的限制。為了使Cassie能夠擁有更高級更復(fù)雜的動態(tài)控制，我們還需要不斷改進(jìn)。

例如：需要planner考慮到Cassie-漂移板系統(tǒng)的整個(gè)動態(tài)，并快速生成動態(tài)可行的軌跡；需要控制器能夠緊密協(xié)調(diào)Cassie的所有自由度，以便在平衡懸停的時(shí)候動態(tài)移動；需要對快速轉(zhuǎn)彎引起的運(yùn)動模糊偽像具有魯棒性的傳感器；需要能夠以實(shí)時(shí)速度執(zhí)行算法的板載計(jì)算。

IEEE Spectrum：下一步計(jì)劃？

UC伯克利：我們正在努力通過充分利用Cassie的動力，為Cassie在漂移板上實(shí)現(xiàn)更高難度的動作。同時(shí)也在致力于讓Cassie學(xué)會自己上板下板，以及創(chuàng)建多模式運(yùn)動策略，應(yīng)用于人類的日常生活中。