腾讯 Robotics X 轮腿式机器人 Ollie 亮相 ICRA 2021，花滑空翻样样行

6月1日，腾讯 AI Lab 及 Robotics X 实验室主任张正友博士在机器人行业顶会 ICRA 2021 做大会报告，分享了实验室在机器人移动研究领域的布局与进展。实验室研发中的轮腿式机器人Ollie首次对外展示，在视频中表现了双轮平衡、多模态移动、跳跃、360度空翻等运动能力。

轮腿式机器人（wheel-legged robot）兼具轮式优势和腿部能力，平地移动快、效率高、噪音低，借助腿部能力则能完成适应不平地面、跳跃通过台阶等动作，越障能力强。视频中，Ollie就像技巧高超的花滑高手，不仅能在多种地形上平稳滑动，还能灵活越障，秀出花式动作。

相关研究论文被 ICRA 2021 收录，介绍轮腿式机器人平衡控制器的设计思路与实验结果。ICRA 全称 IEEE International Conference on Robotics and Automation（国际机器人与自动化会议），是机器人领域最有影响力的国际学术会议之一。

▍跳跃空翻都很稳

要让机器人应对复杂地形，跳跃能力不可或缺。最低身高只有35厘米的Ollie，可以跳上40厘米的台阶，竖直起跳高度最高可达60厘米。

进一步挑战运动能力极限——空翻。Ollie 身体微倾，瞬间发力起跳，并舒展“尾巴“辅助翻转，“尾巴”和身体在空中配合流畅顺滑；随着双轮稳稳落地，Ollie 干脆利落地完成了高难度的空中翻转 360 度动作。

双轮模式下，机器人与地面只有两个接触点，对平衡能力提出更大挑战。在变换身高过不平整地面和面对外界干扰时，Ollie 都能完美保持平衡。

实验室还初步探索了 Ollie 的负载能力，实现在三轮稳定模态下搭载机械臂，完成简单操作任务。

▍集成并拓展实验室移动技术

Ollie 在机械本体、整机系统与控制软件上集成迭代了实验室技术积累，并重点在运动规划与控制上突破创新，新增的全身动力学控制与整机参数辨识提升了机器人运动的精准度、灵活度以及柔顺性，拓展了实验室的移动技术布局。

Ollie的机械设计大有玄机：单腿采用并联机构，与身体形成五连杆结构，使整体具有结构简单、动态性能高、爆发力强的特点；“尾巴”的独特设计一方面为Ollie提供额外角动量，助其完成更高动态运动，如空翻。同时“尾巴”可充当第三条腿，增加稳定性，为搭载机械臂完成更多任务提供可能。

非线性控制技术让机器人具备良好的平衡能力，此前实验室研发的自平衡自行车已应用同类技术，在静止及行进状态下均保持平衡不倒。针对轮腿式机器人的形态和特点，适应性地应用非线性控制方法，控制器不再受限于模型的可线性化区间内，使机器人 Ollie 在大角度倾斜时也具有良好的平衡能力和鲁棒性。

全身动力学控制则让 Ollie 实现更具挑战的运动，如在空翻落地和抗打击时，面对突如其来的巨大冲击，Ollie 能“以柔克刚”。这套控制技术基于机器人全身动力学，采用最优化方法求得全身各关节力矩，通过电机的力矩控制，实现机器人的全身姿态控制，提升抗外界干扰的能力。

Ollie 能够完成跳跃和空翻，得益于其出色的轨迹规划能力。在完成这些动作时，Ollie 提前“想好”运动轨迹，即如何应用自身的形态和结构特点，最大程度地发挥关节电机性能来实现目标运动。Ollie 以全身动力学模型为基础，将整个跳跃或空翻过程分解为起跳、飞行、落地三个阶段，通过优化手段得到完成整个运动的关节电机位置、速度和关节力矩的参考值序列，再结合全身动力学控制完成了一系列高动态动作。

目前 Ollie 还处于研发阶段，实验室将基于轮腿式机器人平台的机动性特点，拓展平台上感知、负载等各功能模块搭建，让机器人具备更成熟、更丰富的能力，走进更多生活场景，向人机共存、共创、共赢的未来不断迈进。

该文章内容转载自腾讯RoboticsX实验室

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