波士顿动力Atlas后空翻原理揭秘
波士顿动力的Atlas机器人展示的后空翻令人震撼，但这类高难度动作是如何实现的呢？近期，MIT团队的研究成果为我们提供了一种解决方案。几个月前，Atlas不仅展示了单脚站立和鬼步舞等新技巧，还完成了后空翻，刷新了人们对人形机器人的印象。然而，自Atlas发布三年以来，关于其设计方法、面临的挑战以及如何复刻这些动作的详细信息一直没有公开。人们只能推测这些高难度动作是通过精心设计的规划和复杂的算法实现的。最近，MIT和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员提出了一种解决方案，详细介绍了如何实现如空翻和旋转跳跃等特
波士顿动力的Atlas机器人展示的后空翻令人震撼，但这类高难度动作是如何实现的呢？近期，MIT团队的研究成果为我们提供了一种解决方案。几个月前，Atlas不仅展示了单脚站立和鬼步舞等新技巧，还完成了后空翻，刷新了人们对人形机器人的印象。
然而，自Atlas发布三年以来，关于其设计方法、面临的挑战以及如何复刻这些动作的详细信息一直没有公开。人们只能推测这些高难度动作是通过精心设计的规划和复杂的算法实现的。
最近，MIT和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员提出了一种解决方案，详细介绍了如何实现如空翻和旋转跳跃等特技动作。这项研究成果已发表在arXiv上。
△ 论文 https://arxiv.org/abs/2104.09025
研究团队设计了一种新型人形机器人，能够完成后空翻等杂技动作。该机器人由感知驱动的动态运动规划器和着陆控制器支持。负责软件和控制器开发的研究人员Donghyun Kim解释说：“在这项工作中，我们试图提出一个真实的控制算法，使人形机器人能够执行特技动作，如后/前/侧翻，旋转跳跃，并越过障碍。为了实现这一点，我们首先通过实验确定了驱动器的性能，然后在运动规划器中确定了主要的限制。”
关键在于驱动器。为了执行高度动态的动作，机器人的驱动器至关重要。大多数现有机器人设计尚未完全解决硬件相关的挑战，例如在高扭矩/高速运动时可能发生的电压下降。Donghyun Kim和同事开发了一种新的方法，可以处理在运动规划和控制过程中与高度动态机器人行为相关的限制。结合他们提出的人形机器人设计，这种方法可以实现更多的动态动作，如杂技。
Donghyun Kim指出：“我们开发的新型人形机器人与过去开发的其他人形机器人最显著的区别在于驱动器。我们已经在四足机器人、MIT Cheetah 1, 2, 3和mini-cheetah机器人上展示了这些改进。同样的驱动器技术，高度后向驱动，快速和准确的扭矩控制，紧凑和强健的形状因素都将用于新的人形机器人。”
△ 该项目的人形机器人从0.4米的平台上进行后空翻的动作
与过去开发的其他人形机器人相比，研究人员Sangbae Kim设计的新机器人非常活跃且高效。这将使它能够完成更高要求和更复杂的任务。Donghyun Kim说：“执行动态动作对于机器人来说是具有挑战性的，因为他们的操作者必须首先了解硬件和软件之间的相互关系。在这项工作中，我们试图在此前经验基础上，解决控制算法中动态动作的关键硬件限制。”
Kim和他的同事们已经对他们的机器人设计、运动规划器和着陆控制器进行了现实环境模拟测试。测试结果表明他们的机器人应该能够做各种杂技动作，包括后空翻、前空翻和旋转跳跃，非常有前景。
△ Cheetah 3
接下来，这个人形机器人有望高效完成很多复杂任务。同时，研究人员也计划在现实场景中测试他们的设计、运动规划器和控制算法，继续推进腿式机器人的动态能力，还计划在控制算法中加入一个感知系统，使机器人能够更好地回应外部环境的变化。
参考资料：
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