蹦床也被機器人佔領，浙大機器人蹦到停不下來

選自 IEEE Spectrum

作者：Evan Ackerman

機器之心編譯

機器之心編輯部

機器人也能蹦個床，浙江大學的研究者正使用四足機器人和蹦床來解鎖新能力，從而研究怎樣才能更好地旋轉跳躍。

今天，我們可以看到很多具有高度機動性的四足機器人

，它們能夠奔跑或跳躍，但通常造價昂貴和結構複雜，需要強大的致動器和彈性腿。來自浙江大學的博士生 Boxing Wang 正致力於一個項目，即通過簡單且價格實惠的硬體來研究四足機器人的跳躍能力。

浙大機器人側向移動。

浙大機器人前向移動。

Boxing 表示：「這個項目的動機很簡單。我想要研究四足機器人的跳躍控制，但既缺少定製的強大致動器，也不想設計彈性腿。所以我打算藉助於蹦床來促使普通的伺服驅動四足機器人跳躍。」

Boxing 和他的團隊希望研究四足機器人的奔跑和跳躍（的方式），因此他們用 Kondo KRS6003RHV 致動器建造了機器人。它有 6Nm 的最大扭轉力。測試後，他們發現致動器不能夠使機器人跳躍，並且機器人需要一個彈性結構用於存儲能量。

「一般來說，人們會選擇彈性腿，」Boxing 說，「但是實驗室成員不知道如何設計它們。如果我們嘗試製作彈性腿，但是沒能讓機器人跳起來的話，則無法確定是腿的問題還是

控制演算法

的問題。在硬體方面，我們覺得還是使用一些可靠的、不會成為問題源的硬體。」事實證明，只需要一個蹦床、一個慣性測量單元（IMU）以及腳底的小觸覺開關來檢測觸碰和彈起事件，就能做一些有用的彈跳研究，且不需要完整的彈跳機器人。此外，蹦床還有其它優勢，因為它的邊緣比中心更硬，因此在真正出現錯誤前我們可以得到一些預兆信息。

Boxing 告訴 IEEE Spectrum：「我並不會說四足機器人在蹦床跳躍是一個突破，但我相信這對於原型測試有很大的幫助，特別是對那些對四足機器人非常感興趣，但手上又沒有合適機器人的研究者。」

使用蹦床的目的在於讓跳躍軟體在幾乎不需要硬體的條件下啟動運行。下一步則是給機器人增加一些有彈性的腿，讓研究人員在控制系統在堅硬表面測試。團隊現在有一篇論文正在審稿中，Boxing 是一作，論文作者還有 Chunlin Zhou, 本科生 Ziheng Duan and Qichao Zhu 以及研究員 Jun Wu 和 Rong Xiong（熊蓉）

為了獲得更多的信息，IEEE Spectrum 通過郵件對浙大的研究人員進行了簡短的採訪：

IEEE Spectrum：這個想法是如何而來的？

Boxing Wang：蹦床機器人的想法是我們在喝奶茶的時候想出來的。我不知道它為什麼會出現，可能是因為最近有人在健身房看到了蹦床。不記得究竟是誰提出的，好像是有人無意間說的。但我很快意識到蹦床是一個完美的選擇。它是非常可靠的實驗環境，易於購買，而且具有和彈性腿類似的動態模型（在我們的一篇論文里對此進行了簡要的分析）。所以我決定嘗試蹦床。

IEEE Spectrum：你認為從蹦床研究中可以了解到多少有關四足機器人的事情，而不是使用一個跳躍的四足機器人？

Boxing：一般來說，沒有任何一個表面是完全沒有形變的，它們都有些許彈性。因此在蹦床上的跳躍和在堅硬表面的跳躍活動沒有本質的區別。然而，使用蹦床測試四足機器人可以獲得更多關於如何藉助彈性使跳躍變得更簡單和高效的信息。你同樣可以用有彈性腿的四足機器人解決這個問題，但是這需要更多硬體設計方面的投入。

我們可以把蹦床實驗看做是未來真實四足機器人跳躍設計的一種早期測試。除非你對機器人在蹦床上的複雜動作感興趣，四足機器人在真實環境中的跳躍時更有應用前景的方向，而這才是我們的最終目標。蹦床測試的重點首先在於開發控制演算法，並測試常規硬體結構的穩定性。因為剛性腿在蹦床上跳躍和彈性腿在普通地面上跳躍的相似性，它們的控制演算法是可以互相遷移的。

IEEE Spectrum：你認為這個想法能用於其它類型的機器人研究嗎？

Boxing：是的，對於具有彈性腿的彈跳四足機器人，我們可以先通過簡單的剛性腿在跳床上進行測試，並設計控制演算法。此外，我們相信該工作能作為使用位置控制（position-control）實現動態運動的好例子，例如跳躍或奔跑等。

與其他動態機器人不同，我們機器人的每一個可活動關節都通過商用位置控制伺服器進行控制，而不是自定義的扭矩控制電機。大多數研究者都不認為位置控制機器人能實現高效的機動性能，例如跳躍等，但是位置控制電機通常意味著高傳動比和慢響應。然而，我們的研究工作表明在彈性的幫助下，穩定的跳躍能通過位置控制伺服器實現。所以對於那些已經擁有位置控制機器人的研究者而言，它們可以通過蹦床探索機器人的潛力。

IEEE Spectrum：為什麼教機器人跳躍很重要？

Boxing：很多場景都需要跳躍機器人。例如，真正的彈跳四足機器人可以用來設計能夠奔跑的四足機器人。這是因為，在彈跳和奔跑活動中，都會有一個時刻四足全部離地，因此，對於機器人來說，從跳躍運動開始學習，然後將技能遷移到奔跑運動會更加容易。具體來說，如果不嚴格控制跳躍的俯仰角，單腳跳或垂直跳很容易轉化成跳躍跑。一個跳躍跑四足機器人的行為類似於正在奔跑的兔子，所以現在它可以被稱作奔跑四足機器人了。

據我們所知，彈跳四足機器人可以實際用於行星探索，就像 SpaceBok 跳躍機器人所設計的那樣。在低重力環境中，跳躍比行走更高效，並且彈跳機器人更容易越過障礙物。如果我能擁有一個彈跳四足機器人，則會教它跳起來接住我扔給它的球。那真是太棒了！

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