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我,机器人Max二代,来自鹅厂Robotics X


少林从师数十冬,梅花桩上练真功。

持之以恒锐意修,定可成名盖群雄。





还记得鹅厂梅花桩上“练真功”的Jamoca吗?

今天,鹅厂Robotics X实验室正式发布了Max二代机器人,全新一代的Max展现了良好的机动性能对于复杂地形可以精确走位通行,这在国内尚属首次。

同时,Max还具有良好的自主学习能力,可以在几个小时以内就能初步学会自然灵动的步态,让Max在面对复杂环境下的适应能力得到大幅提升。

单桩跳跃、双轮站立、双足起立、空翻下桩等高难度动作,更是不在话下,且过桩速度达到前辈Jamoca的4倍

先看一段VCR


这背后,主要得益于Robotics X实验室在机器人灵敏运动研究上取得的全新突破,包括在视觉感知、轨迹规划、运动控制,以及度学习等技术领域的创新。

// 视觉感知技术让Max复杂地形“一目了然”

要让机器人从实验室走向工厂、车间甚至田野山川,对于复杂地形的敏捷通行能力至关重要。

Max的最大突破是能提前规划复杂地形上可行的精确踩点通行方法。

为了考验Max对于复杂地形的敏捷适应能力,Robotics X 实验室的科研人员给Max设置了一个难度极高的梅花桩场景。


这个事先未知的梅花桩阵列,全长10米,高0.8米,最小桩面直径仅10厘米。如果Max能完成这项挑战,意味着Max将更有能力敏捷应对现实中的复杂地形。

为了解决这个难题,Robotics X 技术人员开发的视觉感知技术发挥了重要的作用。

其中,视觉定位模块让累积误差小于1%

因为Max的移动速度快、步频高、力冲击大,这使得各种传感器数据出现大量噪声,为视觉定位带来较大干扰。技术人员通过融合多种传感器数据及启发式算法保证了数据融合过程中的一致性。同时,合理地评估和选择各种传感器数据在优化过程中的权重,保证了视觉定位的稳定性、鲁棒性和实时性。最终视觉定位的累积误差小于1%。

地形识别模块提供小于2cm的地形识别精度

在持续力冲击场景下,Depth信息噪声较大,甚至会出现拖影等现象。通过引入统计分布策略,在高效过滤错误地形信息的同时,保留了精确的有效地形区域结果。最终在高频且快速的抖动场景下,视觉感知提供了小于2cm的地形识别精度。


// 6D最优轨迹生成技术让Max“随机应变”


看准地形后,下一步Max要根据所见信息完成动作轨迹规划,能更好地自动调整俯仰、侧身与转向,从而适应高低起伏的地形。


6D最优轨迹生成技术可根据Max的运动步态、速度等指令,预估机器人的落脚点。根据落脚点周边的高度图,选择最优落脚点。结合最优落脚点,考虑机器人运动过程中的动力学约束、摩擦约束、足端工作空间约束等构建二次优化问题,实时求解最优6D轨迹。由于考虑了各种约束,求得的轨迹能够适应环境的变化,实现速度、姿态的调整。



在完成跳跃、空翻等高动态动作时,Max要规划出一套最省力的运动轨迹,即如何让所需的驱动力最小化。非线性优化的轨迹规划技术使Max可以根据跳跃距离、跳跃步态、最大关节力矩等约束条件,高效获得最优的跳跃轨迹。该规划方法轻松兼容四脚跳(Pronking)和双脚跳(Bounding)等多样化步态。


// 高精度模型预测控制技术,让Max“身轻如燕”


动作轨迹规划好后,Max开始正式行动,也是对它动作控制能力的大考验。


高动态动作本身已是机器人控制精度的一大挑战。尤其在做单桩跳跃这个动作时,四足落脚点距离很近,支撑区域很小,收拢的腿部姿势也导致Max的运动及发力空间受限,因此整体上要实现流畅而稳定的运动追踪及平衡控制对力控的精确性要求极高。



为更好完成跳跃、空翻等高动态动作所带来的对机器人控制精度的挑战,团队结合离线最优跳跃轨迹规划及实时平衡运动轨迹规划,自研了模型预测控制算法(Chi et al., A Linearization of Centroidal Dynamics for the Model-Predictive Control of Quadruped Robots, ICRA 2022)。


该自研的线性模型预测控制算法在平移运动的追踪上获得了与业界经典算法同等的控制效果,而在旋转运动的追踪上则表现更优。


同时,Robotics X团队还为Max加入了基于关节力矩反馈的触地检测能力,使得Max在完成跳跃、前空翻等这类带腾空相的高动态动作时可以准确地判断足端触地状态,实现整体的柔顺平稳落地。


此外,Max的机身本体在2021年版本基础上,也完成了结构和电气系统的大量优化,使MAX在高动态运动下保持整体稳定性




// 强大自主学习能力,让Max更“自然灵动”


腾讯Robotics X实验室也正利用深度强化学习等AI技术,推进机器人智能研究,让机器人在虚拟环境中自主学习,更好地适应复杂环境的变化。


不同于预先设计好规则之后做重复任务的工业机器人,Robotics X实验室更关注在有很大不确定性的动态环境里,实现机器人的自主判断、自主决策,并自主完成任务。



据实验室研究人员介绍,基于深度强化学习与sim2real等技术,Max用几个小时就能初步学会自然灵动的步态。



点击观看Max二代的功夫首秀👇

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