让机器人学会打冰壶有多难
近日，在北京冬奥会冰壶赛事场馆国家游泳中心“冰立方”，六足冰壶机器人“选手”精彩的冰壶投掷表演嗨翻全场。这位身披红色战衣的“选手”，是世界首款模仿人类蹬踏、支撑滑行、旋转冰壶等行为方式的六足冰壶机器人。它是在“科技冬奥”重点专项项目支持下，由上海交通大学机械与动力工程学院教授高峰领衔，上海交通大学与上海智能制造功能平台有限公司组成的六足冰壶机器人研究团队共同研发的。
在冰壶赛事中，投掷队员半蹲在冰面上滑行，轻轻旋转冰壶控制出手方向，两名队友在冰壶前用冰刷刷冰面控制冰壶方向和速度。然而六足机器人完成这套动作并不简单。
“人投掷冰壶时，一条腿支撑身体，另一条腿蹬踏起踏器，眼睛瞄准目标，手控制冰壶的速度和方向，是一个复杂的决策行为。”高峰对记者说，“根据人投掷冰壶的行为特征设计机器人的结构；根据视觉与力觉测量的信息，辨识冰面与机器人接触的动力学参数，从而预测机器人滑行和冰壶运动的轨迹；根据人类投掷冰壶的决策方法控制机器人的行为等，都是我们开发六足冰壶机器人遇到的技术挑战。”
克服种种挑战，高峰带领他的团队在冰壶赛场上让全世界对六足机器人的能力眼见为实。
在投掷冰壶过程中，六足机器人前部双腿转化为人手的功能，实现抱壶和旋转壶的动作。中部双腿的膝盖和前部双腿的肘关节复合成四点接触冰面，形成人支撑腿的功能。后部双腿蹬踏起踏器，实现推动机器人加速滑行的功能。另外，前部双腿可以在机器人滑行运动过程中进行二次掷壶并控制冰壶运动的方向、速度和角速度，实现精准投壶和击打功能。
从单腿蹦发展到四足“翻箱子、上楼梯”，波士顿动力“大狗”催热了全球足式机器人的研发。
“波士顿动力是行业翘楚，引领了足式机器人发展的方向。”高峰说，“在特种机器人中，‘长腿儿’的机器人研发最难。四足机器人美国做得最好，六足机器人，我们做得最好。”
高峰介绍，2018年平昌冬奥会后，国际上出现了主要通过轮子驱动前行的轮式冰壶机器人，但是，不能完全模仿人类投掷冰壶行为，为赛事科学训练提供的帮助有限，六足冰壶机器人补上了这些缺憾。
高峰表示，机器人智能属于行为智能，体现在肢体和智慧的结合。机器人理解环境、理解任务怎么执行，但要据此表达行为就非常困难。因此，实现行为智能是非常复杂的问题。
据了解，在“科技冬奥”专项助力下，高峰教授团队在六足机器人性能操控、感知规划等关键算法设计上取得了创新突破，自主完成了从系统框架、稳定控制到智能感知、自主规划等一系列环节的关键核心技术研发，使机器人集人机交互、环境感知、轨迹规划、智能决策和稳定控制于一体。
（摘自《科技日报》）
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