【WRC 大咖观点】苏波《机器人的越野行走技术研究》

编者按：

2022世界机器人大会主论坛群星璀璨，产、学、研各领域大咖齐聚首，共话巅峰，为机器人未来发展领航。

峰会现场，中国兵器工业集团地面无人系统领域首席专家苏波发表了题为《机器人的越野行走技术研究》的演讲。以下为苏波演讲内容的整理。

主要从三方面向大家介绍当前一些研究进展，地面移动机器人它的行走主要有两个大方面的目的，第一是移动，移动要能够达到人类不能去的地方；第二是智能，智能希望把人类智能体往外远地方延伸。应用场景来看主要有四个方向，第一危险环境；第二是困难环境；第三是肮脏的环境，无法忍受的环境下能够作业；第四是枯燥的环境。

按照发展趋势和技术路线，我大致总结从1960年第一代移动机器人诞生到现在，大致经历了四个典型阶段，我认为前期最早主要围绕感知规划开展地面研究。到了80年代有无人驾驶汽车，是以决策控制来开展研究，到了本世纪有足式各种类型机器人在地面行走。未来，我们会在实体智能行为控制有更多方面的进展。从技术趋势来看，地面移动机器人由认知到行动，最难是脑、手、脚知行合一，一起开展综合运用阶段。从产品角度我认为有三个阶段，第一都是在解决移动的话，包括前期物流运输、巡逻安防。第二阶段开始解决任务载荷问题，就是让机器人干点什么，在消防农业等方面应用。第三阶段要把智能融合到一起了，有很多功能根它结合在一起的研究。从产品发展角度，技术难度是随功能增长而增长，最复杂是当前面临服务型的机器人。

按照当前机器人发展主线主要有三方面重点需要我们关注，第一是移动技术，目前在地面上有两种移动，一种是车辆形态的技术，一个是仿生形态技术，下面是任务载荷和智能算法，今天我主要汇报移动越野行走的技术。

越野行走是移动机器人现阶段急需解决的能力需求。在行走方面达不到基本能力需求，意味着后边自主作业，我们把门开开走向真正大自然里，这项工作难以实现。对行走方面的分析，我们从不同的阶段，60%的领域和时间用在前三阶段，55%以上的技术是集中在后两个阶段，对越野行走技术分析，认为它涵盖前面，也是将来引申多后面。基本能力和技术来分，需要本体力的模型，需要支撑力、覆辙力和平衡力等等，因为今天不是纯学术交流会，所以我大致汇报一下它的技术。

第一是应对地形突变的技术。我们要建立机器人和地面之间动态适应能力的关系，需要把机器人整体的力分解恩出来，到最终和地面动态分配率关系，机器人才能在复杂路面行走。第二是应对接触率突变技术，在集合状态下，机器人可以适应地形变化。需要建立地面和机器人自主端动力学模型，把动力学模型应用控制系统中。第三应对外力突变的时候能力。我们碰撞的时候还是推响的时候不发生倾斜、倾覆和摔倒，保证机器人在更复杂动态情况像人一样穿梭。第四自主改变步态的行为，它主要是实现自主跨越障碍，根据障碍情况调整步伐，来实现步伐的完整性和越障的安全性。有这四项技术以后，我们能保证机器人，即使有各种障碍出现，即使会泥泞、冰链、雪链，他能够保证在环境里自由、安全、稳定地行走。

为了实现这样一个目标，团队进行了20几年基础研究和努力，主要靠两方面的技术。一是左边基于地面力学学科技术，把地面和机器人作用关系通过动态建立成模型，然后分解进行统一控制。第二引进了先进的学习方法，通过机器学习训练学习这种能力。

基于以上四方面重点方向和两个总体理论和方法，到目前我们一共获得了104项专利，主要是围绕行走、作业和智能应用开展的。围绕这140个专利，我们开展了初级产品应用发展思路的探索，我们从140个应用专利系选择了2个有前景的方向进行产业化，把它变成产品的探索。每个方向里各选择一个典型功能作为产品开发，目前进行这方面的探索，其中一个是移动巡逻机器人，另外是四足仿生机器人。

移动巡逻机器人我们选择了6个可以直接应用的专利，包括自主导航技术、控制技术等等。我们想实现可以改装成熟移动底盘情况下，配置用户提出任务要求情况下，做能够在各种环境下进行安全巡逻的产品。到目前为止，这是巡逻机形平台能够实现功能，复杂信号遮挡情况下可以自主地巡逻，可以搞高温预警，可以360度监测外界出现的情况，时数可以达到40公里，可以进行人员跟随和自主避障，这样基本工作它都可以实现了。我们先把机器人首批应用到以下四个主要方向，第一是大型仓库，可以360度24小时巡逻；第二是产业园矿区；第三工业园区；第四是特殊人员不易到达的场所进行应用。

第二类探索四足仿生机器人应用，一共拿出了七项技术专利集成两款机器人，上面一款是大的机器人，自重50公斤，可以承载30公斤，下面是小机器人可以在桌面进行活动的机器人。当前大机器人已经研制一系列的样机，我们起名叫PANDA系列，现在到第五代了，自重50公斤可以承载32公斤，在各种环境下它可以保持稳定运行和独立行走了。

未来我们想把机器人推向以下四方面的应用，安迪巡逻机器人、电力巡检机器人、人防应急机器人，还有分化和拂拭场景机器人。

四足机器人还有桌面小的机器人，团队里有一位开元社区比较有名的博士叫华北舵狗王，他做了多种舵机小狗，它主要应用于娱乐、教育和未来礼品市场。它的应用方向叫STEM，是当先急需一个领域，我们希望把科学的、技术的、工程的、制造的工程师整地有应用学习的场景，之前在轮式和履带机器人做了很多工作，现在机器人很难，因为成本很高，所以降低了成本，拿出两项技术开发这样机器人，在教育领域形成闭环，在开元社区可以被广泛应用了。

为了做更好合作，我们把技术跟企业做深层次对接，跟同学老师进行深入。2018年广东省中山市注册了智能移动机器人中山研究院非盈利的事业机构，是由创新院和中山市政府联合投资建的这样一个机构，这个机构主要是做一个平台，和产业界合作伙伴、学术界合作伙伴、国外合作伙伴一起来探索，地面复杂环境下第一批应用机器人怎么变成一个产品服务于生活。今天我们在A区有展览，希望各位感兴趣可以看一看。

最后，机器人在地面上应用是比空中和海面更难一些，由于地面环境复杂、干扰更多，所以也诚邀在座各位可以跟我们一起合作一下。

—— 苏波