波士頓動(dòng)力一直以驚艷的足式機(jī)器人聞名。其雙足機(jī)器人產(chǎn)品Atlas甚至成為DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)之一。然而DARPA機(jī)器人挑戰(zhàn)賽的結(jié)果并非非常令人滿意:
你絕對(duì)沒(méi)見(jiàn)過(guò)！看價(jià)值百萬(wàn)美金的機(jī)器人如何摔成一片
在比賽中獲得前三名的機(jī)器人，有兩臺(tái)都并非使用足式結(jié)構(gòu)，而是在足部安裝了輪子或履帶：
這樣的好處顯而易見(jiàn)：在平坦的地面上可以輕松達(dá)到更高的速度和更好的穩(wěn)定性。但代價(jià)是喪失了跨越障礙的能力---
真的嗎？
波士頓動(dòng)力的這款名為Handle的機(jī)器人，m.amc-iso.com，把足+輪式的能力直接拔升到了一個(gè)聞所未聞的高度。用冰冷的事實(shí)告訴我們，不是輪子越障能力不夠好，而是你們的工程師不夠diao。
正如BD官方視頻介紹中說(shuō)的那樣：
Wheelsareefficientonflatsurfaceswhilelegscangoalmostanywhere:bycombiningwheelsandlegsHandlecanhavethebestofbothworlds.
如果輪+足的結(jié)構(gòu)這么好，為什么以前沒(méi)人做過(guò)？很大程度是因?yàn)檫@件事在工程上太難了。
難點(diǎn)一
柔性控制
Handle的足部關(guān)節(jié)不論是在面臨突然出現(xiàn)的斜坡還是承受落地的沖擊時(shí)都表現(xiàn)出了很好的柔性，這對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。如果關(guān)節(jié)使用簡(jiǎn)單的位置或速度控制，機(jī)器人在高速遇到未知的接觸面時(shí)會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力，不僅難以控制，甚至容易損壞機(jī)器人本體。
Handle在斜坡上如履平地
難點(diǎn)二
大擾動(dòng)下的非線性系統(tǒng)控制
為了承受如此大的外部擾動(dòng)，用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單線性倒立擺建模是顯然不夠的，機(jī)器人需要?jiǎng)佑萌硭械年P(guān)節(jié)，所有的運(yùn)動(dòng)資源來(lái)維持平衡。
比如我們可以注意到Handle轉(zhuǎn)彎時(shí)并不是簡(jiǎn)單地讓輪子差速轉(zhuǎn)動(dòng)，而是像溜旱冰一樣加入了身體的自然側(cè)傾:
再比如跳上桌子瞬時(shí)的手臂擺動(dòng)。
這樣的一個(gè)機(jī)器人的全身動(dòng)力學(xué)模型是高度非線性的，其實(shí)時(shí)平衡控制解算本身就是一個(gè)挑戰(zhàn)，工業(yè)機(jī)器人維修，更不要說(shuō)需要考慮在大量擾動(dòng)/不確定性存在時(shí)的穩(wěn)定性了。
難點(diǎn)三
混合控制（Hybridcontrol）
只用一個(gè)連續(xù)模型是沒(méi)法做跳躍這種動(dòng)作的。機(jī)器人同時(shí)擁有連續(xù)（關(guān)節(jié)角度、速度）和離散（與地面的接觸面位置、數(shù)目）的狀態(tài)，這屬于混合控制HybridControl的研究范疇。甚至視頻中雙手舉起100磅重物這個(gè)任務(wù)，也需要把重物作為模型的一部分來(lái)做控制，因?yàn)槿绻话阎匚锂?dāng)擾動(dòng)的話，這擾動(dòng)也太大了。
HybridControl這個(gè)學(xué)科本身就還不是很成熟（相對(duì)于其他多數(shù)控制理論而言），其前十幾年的研究和成果都集中在混合線性系統(tǒng)上。對(duì)于Handle這種非線性混合系統(tǒng)，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，學(xué)術(shù)界的成果很多都還停留在證明一個(gè)穩(wěn)定的控制器是否存在這個(gè)層面，近些年也有了很多給定一個(gè)控制器，分析其穩(wěn)定性的方法。但對(duì)于給定問(wèn)題如何設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，還并不是很完善。
難點(diǎn)四
硬件本身
回到機(jī)器人Handle本身。官方介紹它身高1.98米，縱跳1.2m。這特么是喬丹的身高+內(nèi)特.羅賓遜的彈跳啊。Handle的輪子可以以14Km/h的速度前進(jìn)。整個(gè)機(jī)器人由電池供能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和液壓泵。無(wú)需外接設(shè)備，一次充電續(xù)航24千米。
我還能說(shuō)什么。我們這邊一個(gè)搞雙足行走教授看完視頻后的反應(yīng)是一句話：
BipedwalkingisDONE！
（雙足行走這一行沒(méi)法干了！）