編者按:本文來(lái)自微信公眾號(hào) ,機(jī)器之能(almosthuman2017),作者:吳昕,創(chuàng)業(yè)邦經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載。
提到四足機(jī)器人,很多人首先想到的是波士頓動(dòng)力的 Spot 機(jī)器人狗。實(shí)際上,基于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室( Robotic Systems Lab,RSL )技術(shù)的四足機(jī)器人一直不輸于波士頓動(dòng)力。比如,已經(jīng)商業(yè)化的 ANYmal四足機(jī)器人。
已經(jīng)商業(yè)化的ANYmal 四足機(jī)器人正在某工廠執(zhí)行自主檢查任務(wù)。該機(jī)器人已經(jīng)部署到了馬來(lái)西亞國(guó)家石油公司、殼牌石油、西門(mén)子能源、巴斯夫等公司。
作為一款堅(jiān)固耐用的四足機(jī)器人,ANYmal 沒(méi)有輪子,靠四條機(jī)械腿行走,能穿越不平坦的地形,也能爬樓梯。
最近,同樣由 RSL衍生而來(lái)的另一家機(jī)器人公司 Swiss-Mile 宣布正在將另一種四足機(jī)器人——帶有輪子的輪腿機(jī)器人商業(yè)化。他們將宇樹(shù)科技的四足機(jī)器人硬件平臺(tái)與公司的 AI 技術(shù)結(jié)合起來(lái),提供一套端到端的通用物流系統(tǒng)解決方案,將輪腿機(jī)器人應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界。
官方視頻中,踩著四輪的輪腿機(jī)器人像滑板少年一樣自由暢游在大街上,時(shí)而飛速前進(jìn),時(shí)而閑庭信步,上下樓梯如行云流水,能輕松越過(guò)單邊橋一樣的斜坡障礙。裝有固定輪子并沒(méi)有讓機(jī)器人喪失步行能力,在輪子效率不高的情況下,機(jī)器人依然能在 “穿著輪滑鞋” 的前提下步行完成一些移動(dòng)、調(diào)整方向等任務(wù)。
相比之下,盡管波士頓動(dòng)力的 Spot 已經(jīng)開(kāi)賣,仍然會(huì)遭遇一些翻車的情況。
在過(guò)去,機(jī)器人要么像 ANYmal、Spot 一樣傾向于使用腿,要么使用輪子移動(dòng),大部分輪腿結(jié)合的機(jī)器人仍然只在研究領(lǐng)域,目前也只有少數(shù)輪腿機(jī)器人平臺(tái)。像 Swiss-Mile 這樣正在實(shí)現(xiàn)輪腿機(jī)器人商業(yè)化的可謂鳳毛麟角。在此之前僅有波士頓動(dòng)力在 2020 年宣布兩輪人形機(jī)器人 Handle 和自動(dòng)駕駛公司 OTTO Motors 達(dá)成合作,在倉(cāng)庫(kù)組隊(duì)搬磚,但后續(xù)商業(yè)化進(jìn)展如何也沒(méi)了下文。
Swiss-Mile 的輪腿機(jī)器人可承載最多 60 公斤負(fù)荷,電池續(xù)航可達(dá) 5 小時(shí),其他性能參數(shù)未見(jiàn)公開(kāi)。不過(guò),根據(jù)此前有關(guān) RSL 輪腿機(jī)器人的報(bào)道,這類機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度非???。當(dāng)時(shí) ANYmal 輪腿機(jī)器人移動(dòng)速度達(dá)到 4 米 / 秒,作為對(duì)比,已經(jīng)開(kāi)始對(duì)外銷售的四足無(wú)輪機(jī)器人 ANYmal C ,移動(dòng)速度為 1 米 / 秒。
當(dāng)年也敢與特斯拉「飆車」
根據(jù)之前的報(bào)道,輪腿版 ANYmal 是一個(gè) “盲眼” 機(jī)器人,不用攝像頭和激光雷達(dá),僅憑感覺(jué)就可以根據(jù)每條腿的輪子運(yùn)動(dòng)的效用,在滾動(dòng)和步態(tài)之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)良好時(shí),機(jī)器人會(huì)像人類一樣提前計(jì)劃并快速行動(dòng)。當(dāng)數(shù)據(jù)集不完整、有噪音或具有誤導(dǎo)性時(shí),控制器會(huì)優(yōu)雅地降級(jí)為本體感覺(jué)運(yùn)動(dòng),機(jī)器人會(huì)像動(dòng)物一樣以更慢、更小心的方式繼續(xù)移動(dòng),直至可再次依賴外部感知。
如果設(shè)計(jì)得當(dāng),機(jī)器人可以對(duì)輪子施加精細(xì)控制,輪子和腿加在一起會(huì)給機(jī)器人的移動(dòng)性帶來(lái)巨變——滾動(dòng)效率比步行效率高得多,同時(shí)不失應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形的能力。Swiss-Mile 的輪腿機(jī)器人正好結(jié)合了輪式機(jī)器人在平坦路面上的高效率和足式機(jī)器人在崎嶇路面上的越野能力,大大降低了運(yùn)輸成本。Swiss-Mile 的機(jī)器人方案也比較務(wù)實(shí),專注于需要綜合速度和越障能力、但不涉及與人類交互的復(fù)雜空間場(chǎng)景。
公司表示,與輪式送貨平臺(tái)和輕型送貨無(wú)人機(jī)相比,輪腿機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng),已經(jīng)可以有效地克服平坦地形,越過(guò)臺(tái)階和樓梯等障礙物,并在室內(nèi)和室外空間運(yùn)載重型有效載荷,是一個(gè)兼顧速度和效率的通用物流系統(tǒng)解決方案。而且,輪腿機(jī)器人“多才多藝”,可完成不同任務(wù)。
這里有必要多說(shuō)一下所謂的“多才多藝”。其實(shí),使用這臺(tái)具身 AI 進(jìn)行任何類型的實(shí)際操作都不算簡(jiǎn)單——和波士頓動(dòng)力的 Handle 還有一雙“手”不同,Swiss-Mile 的四肢都被設(shè)計(jì)為了腿,而不是手臂。
幾年前,機(jī)器人學(xué)會(huì)了如何站立,這是一種有效的移動(dòng)方式,釋放了機(jī)器人開(kāi)始用輪手進(jìn)行操作的潛力。有意思的是,他們還成功地教會(huì)了機(jī)器人用四肢開(kāi)門(mén),甚至從桌子上抓起包裹并將其扔進(jìn)盒子里。或許有一天,這些技能能派上用場(chǎng)——使用前腿作為手臂抓取包裹,將它們放在背部貨艙中,然后重新四肢著地,沿著街道快速運(yùn)輸包裹。
2023 年 4 月,Swiss-Mile 注冊(cè)成立。2023 年 12 月完成種子輪融資,投資者包括 Linear Capital、Agile Robots AG、紅杉資本中國(guó)等。和 ANYbotics 一樣,作為蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室( RSL )的衍生企業(yè),一直致力于四足機(jī)器人商業(yè)化,用于各種任務(wù),包括測(cè)繪、檢查、城市環(huán)境中的物流等。
Swiss-Mile 創(chuàng)始人 Marko Bjelonic
Swiss-Mile 創(chuàng)始人 Marko Bjelonic 是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的博士,花了六年時(shí)間致力于機(jī)器人智能和輪腿機(jī)器人的開(kāi)拓性研究。在 Marko Bjelonic 看來(lái),人形機(jī)器人非???,但仍不確定它在實(shí)踐中會(huì)有多大用處。一個(gè)理想的移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)具有出色的移動(dòng)性,能夠快速有效地克服障礙,同時(shí)承載大量有效負(fù)載并適應(yīng)廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。
Swiss-Mile 官宣商業(yè)化輪腿機(jī)器人的同時(shí),RSL 又宣布了在四足機(jī)器人腿部運(yùn)動(dòng)控制方面取得的新進(jìn)展,相關(guān)成果發(fā)表在了最新一期的 Science Robotics上。他們?cè)谌鹗寇娛戮仍筷?duì)的訓(xùn)練設(shè)施中展示了這項(xiàng)控制策略的性能表現(xiàn),非常驚艷。
研究認(rèn)為,在地球上一些最具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中,大部分腿式機(jī)器人依然無(wú)能為力。為了應(yīng)對(duì)這些現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的挑戰(zhàn),四足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制策略不僅要有準(zhǔn)確性也要有魯棒性。
傳統(tǒng)的控制辦法是逆動(dòng)力學(xué)軌跡優(yōu)化( trajectory optimization,TO ),這種辦法有很有吸引力但也往往要求算法設(shè)計(jì)者有著充分的特定領(lǐng)域知識(shí),如控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、地面的形狀、摩擦系數(shù)等,這在復(fù)雜地形中往往是難以實(shí)現(xiàn)的。
另一類深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法更能出色完成通過(guò)復(fù)雜地形的任務(wù),減少對(duì)特定領(lǐng)域知識(shí)的依賴,而且訓(xùn)練出來(lái)的策略往往更具魯棒性。美中不足在于在現(xiàn)實(shí)世界中,獎(jiǎng)勵(lì)很稀疏,而今天大多數(shù)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法都在與這種稀疏性斗爭(zhēng)。
RSL 的研究人員因此提出了一種混合控制架構(gòu),結(jié)合了 TO 和 RL 的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更高的魯棒性、四足放置的精度和更廣泛地形的適應(yīng)能力。或許在不久將來(lái)會(huì)應(yīng)用到衍生公司的四足機(jī)器人商業(yè)化方案中,在更為挑戰(zhàn)的惡劣救援環(huán)境中出現(xiàn)機(jī)器人的身影。
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