【WRC 大咖观点】高峰《冰雪运动机器人冬奥之旅》

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，上海交通大学教授高峰发表了题为《冰雪运动机器人冬奥之旅》的演讲。以下为高峰演讲内容的整理。

我的报告主要是冰雪运动六足机器人在冬奥会之旅，获得了科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持。主要是两个部分内容，六足冰壶机器人和滑雪机器人。

立项初期，我们开发了四种类型六足机器人，有仿昆虫、仿蜘蛛、仿螃蟹、仿章鱼，由于有些技术，而且是六足机器人。国家为了体现机器人技术在冬奥会中展现出来，所以量身定制确定了六足机器人项目。

首先介绍一下冰壶机器人。我们是模仿人打冰壶的动作。冰壶机器人设计里很重要基础工具是力控复合驱动关节，每一个关节都有三个电机，三个电机复合既要体积小也要浓厚密度高，要把力矩传感器、监测器、电机、编码器、驱动器所有工具集成在一个零件上，这个零件集成度非常高而且难度很大，这是我们核心技术，有了这个件可以做1.2—1.5公斤驱动单元，有了单元装在机器人腿上，能够实现对腿的力控和感知。冰壶运动有个非常重要特点，冰壶在平面上运动，平面运动有三个自由度，前后移动、旋转，前后移动还有一个角度。我们把冰壶运动转化成机构，一个杆上的铰链就是冰壶旋转，这样描述冰壶运动，这样可以描述轨迹。有了运动关键问题是受力，平衡在平面受力，每一点摩擦力跟运动方向相反，如果前面这一点速度方向在前面，力的方向在后面，跟速度方向相反，这是非常重要的，我们主要是求出倾向速度和镜像速度比值，求出这个比值可以求出摩擦力，用牛顿定律测出动力学方程和冰壶运动。有一个很重要问题，冰壶怎么打？什么情况下能打？我们这里提出了新概念，我们叫冰壶击打正解树和域。有了冰壶理论，主要问题是打冰壶有多少任务，我们叫做任务链和机器人行为链一一对应设计出来，根据感知、过程得到所有运动形式以及控制模式，这是多任务情况下行为链如何建立。

现在讲一下滑雪机器人，滑雪机器人有单板和双板两种，两个技术截然不同，单板有很多滑雪形式，双板也有很多，机器人也都要有这种功能。单板六足机器人如果不测力你不知道怎么控制身体惯性力和重力，所以很容易翻。现在有六足传感器可以实时监控自己身体的重力和作用力，用全身力控的来实现，有了力控制方式可以在实验室里做，板面向胁迫滑动可以控制速度，可以前后走。双板六足滑雪机器人两个脚放在一个板上，有个问题，机构怎么设计？板自由度到底多少，这是虎克铰，这是球铰，控制这个板，绕前后铰链柔线转动，所以这板往往是五自由度的五维运动，三个移动两个转动，这是板的特点，这是机构设计，机构决定了机器人的性能。有了机构设计，跟冰壶一样，要把运动形式说清，犁式、半犁式、平行式，每一个要做什么动作，制动怎么做，移动怎么走，在平行面怎么走，每个动作都要训练出来你才能去滑雪。有了这个以后，首先可以在实验室里控制它。我们做的实验挺成功的。大家可以看雪杖作用，它没有人那么灵活但也可以转换流畅，可以看出机器人有视觉和激光可以避障，可以用GPS定位实现人工智能的控制，这个跟无人驾驶车技术完全一样，你都可以用。

滑雪是非常精彩的一个项目，机器人在雪场上滑雪这个水平国际从来没有出现，机器人没有在滑雪场有这种流畅控制。这是在避障，这个机器人是穿越旗门控制方法，穿过去按照指定轨迹做控制。可以看出某些运动能力不亚于人，因为机器人胆子很大；第二是滑行技术水平很高。在网站上大家只要一搜滑雪六足机器人和冰壶六足机器人都有，这是制动方式，很快速的制动，大家可以看出来机器人在滑雪未来有很大用武之地。

机器人在报道以后，在全世界得到了很多好的反响。4月27日，《科学杂志》机器人子刊刊登了这篇文章，这篇文章介绍了北京冬奥会机器人，重点和沈阳自动化起火炬接力、冰壶、滑雪等等机器人。

—— 高峰