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宋锐出百丽官方网站入口席世界人工智能大会并发表题为四足仿

百丽官方网站入口【新智慧导论】2016年10月18日,世界人工智能大会上,山东大学机器人研究中心副主任宋锐出席并发表题为“四足仿生机器人研究与思考”的演讲宋锐在演讲中介绍了四足仿生机器人的研究背景、国内外研究现状和技术突破,分享了山东大学机器人研究中心的研究成果,以及机器人研究的前景和思考.

宋睿:大家下午好!我是山东大学的宋锐。今天来到这个会场确实压力很大,因为在我面前发言的都是人工智能领域的资深专家、领导和企业家。我是一名从事工程技术的研究员。今天给大家带来的是四足仿生机器人的分享与思考,而仿生机器人也需要更多的人工智能算法理论来支撑。

自然界中的人和动物经历了数亿年的进化。在进化过程中,腿和脚已经成为这些动物非常重要的移动工具。陆地上的腿和脚(动物),无论是山羊、北极熊还是动物,在进化的过程中,包括人类在内的猫,由于生活环境的不同,在整个食物中的位置不同,进化出了自己独特的技能。链。

百丽官方网站入口例如中国 仿生机械腿,骡马可以在复杂的地形上可靠稳定地携带,山羊可以适应非常崎岖的地形,老虎和豹子可以在雪地环境中当脚与地的相互作用非常滑时快速奔跑。它反映了脚式运动在自然界中的有效性。

今天很抱歉,我的PPT里的视频太大无法播放,现在大部分是静态图片。在仿生机器人的发展过程中,以人、动物、昆虫为灵感,开发出了仿人机器人、四足机器人、多足机器人等。

与我们在1970年代和1980年代经常看到的轮式和履带式机器人相比,腿式机器人的研究方法也有所不同。腿式机器人的研究工作可以追溯到1968年,和人工智能一样,也经历了两个高峰。在研究的过程中,大家发现遇到了瓶颈,往前走也不容易。后来又出现了一些新的问题。例如,其动态稳定性、跳跃过程中的柔顺性控制,包括腿部的主动柔顺性,在1970年代、1980年代和1990年代都遇到了困难。

百丽官方网站入口经过这些年的研究突破了这些内容,出现了双足、四足、六足等足机器人不同的发展方向。双足机器人像小NAO和现在非常有名的本田(bipedal robot)足部机器人的Ashimo,可以走路、跑步、单脚跳跃、双脚跳跃,手眼协调倒一杯水。美国的阿特拉斯液压机器人主要用于重载和普通人难以完成的工作。 .

从双足过渡到四足,尤其是多足,学骡马甚至虎豹,当然学羚羊更难,因为步态可以规划在70度以上悬崖上保持平衡的能力,大载荷、高动态性和对复杂环境的适应性是四足机器人研究的主要内容。

具体来说,研究过程中存在很多难点,如何保证其在地面滑动时的稳定性和脚与地的相互作用。人的脚接触地面,有一个过程,有一个感知过程,机器人也是如此。这不是一个简单的位置规划。此外,还有一些问题,例如跌倒和起床。还有一种大狗,可以在强干扰下保持四肢稳定。

百丽官方网站入口从传统的控制方式来看,还有几个科学问题,一脚与地面的交互,我们如何适应不同的路面,即使是在松软的路况、泥泞的路况、滑行的路况和不平的路况下如何保证在落地的那一刻,在极短的时间内快速识别出这个问题。对于一个16自由度和20自由度的复杂机器人系统,如何在很短的步态周期内快速、自适应地控制这么多自由度的控制对象。

另外还有一些稳定性判断等,都是很传统的控制问题。现在我们用传统的方法来解决它,比如用PID、自适应控制等基于模型的方法来研究控制,以实现高动态、高性能和高复杂度。以上就是四足机器人的研究背景和研究内容。

四足仿生机器人国际研究成果

百丽官方网站入口从世界上看,四足机器人的研究最早是由美国主导的。 Raibert 先是在 Carnemelon 大学做了一条腿,后来去俄亥俄州立大学做四足机器人 KOLT[L1],后来又去 MIT 继续从事有腿机器人的研究工作,后来得到 DARPA 的支持,从 2004 年起,他一直从事波士顿动力第一代Big Dog的研发工作。波士顿动力公司的视频放上Youtube后,在全球引起轰动,引起了对四足机器人或腿机器人的研究的又一次热潮。当然,Big Dog 在 2004 年之后对四足机器人的研究进行了非常深入的挖掘,比如他们开发了像 LS3 这样的重型机器人,还开发了可以跑得快的猎豹。但由于液压系统噪音过大,从液压动力到电动波士顿动力 Spot 机器人,不久前 SpotMini 机器人在微信圈风靡一时,不断被踢倒跳起来跳花式舞蹈动作,非常好。

除了美国中国 仿生机械腿,日本对四足机器人的研究也比较早。除了索尼的AIBO,它是第一家使用动物行为仿生学制作高级儿童玩具的公司,成本在几千元甚至上万元。还有专门领域的东芝制造的福岛探险者,铁拳IV,NSK盲人导航机器人。

日本机器人的特点是大部分都是用电驱动的。此外,还有来自韩国和欧洲的研究成果。比如西班牙的电驱动机器人有点像螃蟹,韩国做的液压(四足)机器人工作。最近在网上很火的苏黎世联邦理工学院(ETH)制造的机器人突破了纯仿生学。它的四条腿可以360度旋转。除了正常爬坡外,在遇到非常大的坡度或极端环境时还能360度环绕。旋转度数。 ETH机器人基于意大利理工学院(HyQ Robot),他们买了一个机器人HyQ,这也是四足领域非常有名的平台。

接下来重点关注这两个非常有名的平台,一个是波士顿动力的成果,MIT最早的四足机器人Trot gait、Pace gait、Bound gait like tiger and leopard running and jumps。

波士顿动力于2004年完成第一代波士顿动力Big Dog的开发,并于2006年播放视频。它可以上25度坡和下35度坡。 25度坡度现在国产机器人都可以做到,但是35度坡度确实比较难。 2008年实现导航模式,2010年实现自主导航,通过可摇动的激光雷达(Lydar)平台实现环境的自主导航。 2010年,LS3问世,可承载150公斤,是一款重型机器人。从四足动物的角度来看更实用,Big Dog 只是一种尝试。 2013 年,BigDog 增加了机械臂。在静态环境中,机械臂可以抓取砖块和水泥块。它通过四条腿来维持整个系统的平衡。当水泥块被抛出时,保持动态稳定和平衡是非常困难的。这是波士顿动力的发展(课程)。

40 多岁时,猎豹在训练杆的帮助下以 26 英里/小时的速度在室内奔跑。这是人类腿式平台第一次超过每小时 20 英里,但它只能在实验室中运行。 WildCat实现了户外动力源与快跑的融合,超越了人类跑百米世界冠军的速度。最新的研究成果就是刚才提到的Spotmini,它体积小,可以在室内安静运行,离服务机器人又近了一步。

LS3及其参数,野猫的参数。 (如图)

另一家研究机构意大利理工学院于2007年开始研发,其负责人叫Semini。他们从单腿的研发开始,而波士顿动力更倾向于行为的研发。

他们从一只脚开始研究中国 仿生机械腿,以体现欧洲风格。 (2015) 他们还参加了西雅图ICRA展会,生产了一系列单元产品,如非常精致的小型油缸(液压缸)。 )、小型控制器,甚至是一套完整的腿脚协调解决方案。

他们的发展速度很快,最早的HyQ1.0,后来的HyQ1.1,主动顺从。大狗具有被动弹性。它完全由液压控制以模拟软着陆。整个气缸都是刚性的,这是主动顺应性的一个很好的例子。

后来HyQ1.2发布了,我们已经可以看到它的产业化趋势。后来HyQ1.3出现的时候,整个系统就完美了,几乎可以和波士顿动力的成绩媲美了。

当时苏黎世联邦理工学院订购了一台HyQ Blue,现在最新的是HyQ2Max全电驱动平台中国 仿生机械腿中国 仿生机械腿,和苏黎世联邦理工学院的机器人非常相似,如果没有限制,它的关节实际上可以360度转动塞米尼未来的计划是首先在 HyQ2 上增加一个手臂。长期目标是增加两条手臂。从自重比的角度来看,是手臂负载多还是什么都不好说。他坚持增加更多的手臂两条手臂会更好。

在中国,上海交通大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、北京工业大学都有很好的研究成果。国内这项研究真正的出发点是2011年国家863“十二五”重点项目立项,2013年共有7个课题的4个项目被接受。后来,863给予第二轮支持。在863的支持下,有一段美国LS3在太平洋某岛进行联合军演的视频。我开始感兴趣。随着今年无人系统挑战赛的四足项目,具体数据不方便透露。这就是中国四足机器人发展的现状。

山东大学机器人研究中心研究成果

我们学习的内容,我们也学习像Semini这样的腿。我们的腿只是在下落的过程中做一个变刚度控制,给它设置一个刚度,硬的时候让它变硬,从高处落下逐渐达到软着陆的特性。更深层次的问题是如何将可变刚度的使用与用户行为相匹配。这是一件困难的事情。它不是一个严格的数学模型。应该是类似于应用于 AI 的行为的算法来回答这个问题。

平衡控制:当受到侧面撞击时,整体控制是平衡的。

还有复杂地形的控制,包括雪地,包括大陡坡和滑动情况。对于复杂地形的适应,我觉得不应该是固定的模式。我们现在给它的规律其实在测试过程中遇到了很多问题。

您的模型并未涵盖所有情况,从而导致我们无法解决或无法很好解决的问题。 (我们的机器人)也可以由人控制。我们还实施了避障和导航模式。领航员走在前面,可以自己避开障碍物。

还有静态攀爬。我们的爬升接近30度。 BigDog 35 度是一个困难的斜坡。液压动力的功率密度虽然高,但噪音很大。我们使用单缸发动机。这只狗在看到它之前没有听到它的声音。在军队里,我想做侦察,我想做日常的导游服务,甚至包运输服务。这很痛苦,噪音很大,我们都不得不戴上耳罩。

此外,我们还开发了一个小型电动平台,最初是本科毕业项目的课题。在完成了两个和三个毕业项目之后,成立了一家公司来做这件事。

可以模拟动物行为,包括静态步态、Tro 步态、Pace 步态和 Bound 步态。它可以跑得很快,也可以翻车。你可以从外面看到它。一开始大家都很兴奋,我们一起讨论,既然可以模仿它的行为,是不是可以让它有一些狗的特征,而不仅仅是狗的动作。一开始我们很兴奋,好像如果它模拟了一只小狗,能够与人交流就好了。

但实际上,在做的过程中,我们发现这真的很难。编辑这些复杂的动作对我们来说并不难。困难在于我们如何知道真正的狗在什么情况下做出这样的反应或动作。当然,我们也集成了科大讯飞、Face++等人机交互技术,效果特别卡通。如果真的有一种好方法可以让我们更像一只真正的小狗,那将是非常令人兴奋的。

四足仿生机器人的展望与思考

仿生机器人的思考(仿生机器人的研究)本身就是一个跨学科的内容。材料科学的成果,比如人造肌肉等成果,能被取代吗?现在发动机和电机都遇到了瓶颈。是否有新的行动方式来替代传统的行动方式?

当然,现在我们不是在谈论什么。石墨烯研究,光敏特性,原则上,有人可以演示这个东西是如何模仿肌肉并实现动作的。但仅此原则是不够的。我们如何将这些新原则应用于它,我们需要我们的控制甚至人工智能来处理它。有了新的液态金属,就可以实现自组织、可控发展或可控发展。如果这种新的组织方式能够加入智能元素,必将极大地推动机器人,尤其是仿生机器人的发展。发展。

另一个方向是模块化的自重构机制。国内知名机器人教授田淼先生提到,我们的机器人应该采取模块化的方式。事实上,德国和美国的许多人在几十年前就采取了这种做法。 自重构真的可行吗?它的实现取决于什么?如何让每一个小模块,(甚至)成百上千个小模块(自组织),都不是一个简单的算法自己组成(机器人机制)。我们都在《超级海军陆战队》中看到了由数千个模块组成的可变形机器人。每个模块都是智能的。他们之间是什么关系?应该用什么方法来控制它们之间?他们应该如何进化?这是一个人工智能问题。

我们的可控液态金属技术现已发展。十多年前,《终结者2》中液态金属机器人的概念如今已经初具规模。在材料科学中,它是液态金属,就像“审判日”一样。组合起来的芯片就是机器人。

百丽官方网站入口相信未来随着人工智能的发展,随着跨学科、新材料、新原理的出现,必将推动仿生机器人的进一步发展。谢谢!