6月3日，騰訊輪腿式機(jī)器人Ollie（奧利）正式亮相。它像一個(gè)靈活的“輪滑小子”，能完成跳躍、360度空翻等高難度動(dòng)作。

輪腿式機(jī)器人（wheel-legged robot）是近年來(lái)機(jī)器人研究的前沿領(lǐng)域。Ollie兼具輪式結(jié)構(gòu)和腿部能力，輪式結(jié)構(gòu)移動(dòng)快、效率高；腿部能力讓Ollie適應(yīng)不平地面、完成跳躍臺(tái)階等動(dòng)作，達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。

這是騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室新型機(jī)器人。在自平衡自行車(chē)、機(jī)器狗Jamoca和Max之后，Ollie積累了實(shí)驗(yàn)室的移動(dòng)控制技術(shù)，并在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、平衡與穩(wěn)定性上重點(diǎn)突破，成為實(shí)驗(yàn)室又一大創(chuàng)新成果。

在日前舉辦的ICRA 2021，騰訊AI Lab及Robotics X實(shí)驗(yàn)室主任張正友博士受邀作大會(huì)報(bào)告，介紹了Robotics X實(shí)驗(yàn)室在機(jī)器人移動(dòng)研究領(lǐng)域的布局與進(jìn)展，并分享了Ollie的技術(shù)細(xì)節(jié)。

跳躍、360度空翻也能輕松搞定

要讓機(jī)器人應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形，跳躍能力不可或缺。最低身高只有35厘米的Ollie，可以跳上40厘米的臺(tái)階，豎直起跳高度最高可達(dá)60厘米，甚至能輕松完成360度空翻挑戰(zhàn)；在平地上時(shí)，Ollie更像是一個(gè)“不倒翁”，能抗住各種“突發(fā)”狀況。

Ollie的機(jī)械設(shè)計(jì)大有玄機(jī)：?jiǎn)瓮炔捎貌⒙?lián)機(jī)構(gòu)，與身體形成五連桿結(jié)構(gòu)，使整體具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能高、爆發(fā)力強(qiáng)的特點(diǎn)；“尾巴”的獨(dú)特設(shè)計(jì)一方面為Ollie提供額外角動(dòng)量，助其完成更高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，如空翻。同時(shí)“尾巴”可充當(dāng)?shù)谌龡l腿，增加穩(wěn)定性，為搭載機(jī)械臂完成更多任務(wù)提供可能。

出色的運(yùn)動(dòng)能力，高動(dòng)態(tài)高難度的空翻動(dòng)作背后，源于騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室的最新研究進(jìn)展：非線(xiàn)性控制技術(shù)、全身動(dòng)力學(xué)控制和軌跡規(guī)劃。

非線(xiàn)性控制技術(shù)讓機(jī)器人具備良好的平衡能力，此前實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的自平衡自行車(chē)已應(yīng)用同類(lèi)技術(shù)，在靜止及行進(jìn)狀態(tài)下均保持平衡不倒。

針對(duì)輪腿式機(jī)器人的形態(tài)和特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)團(tuán)隊(duì)適應(yīng)性地應(yīng)用非線(xiàn)性控制方法，控制器不再受限于模型的可線(xiàn)性化區(qū)間內(nèi)，使機(jī)器人Ollie在大角度傾斜時(shí)也具有良好的平衡能力和魯棒性（Robust音譯，指在異常和危險(xiǎn)情況下系統(tǒng)生存的能力）。

在雙輪模式下，機(jī)器人與地面只有兩個(gè)接觸點(diǎn)，對(duì)平衡能力要求更高。在變換身高過(guò)不平整地面、甚至單腿過(guò)障礙時(shí)，Ollie都能完美保持平衡。

全身動(dòng)力學(xué)控制像給Ollie裝上了發(fā)達(dá)的“小腦”，其采用最優(yōu)化方法求得各關(guān)節(jié)力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)全身姿態(tài)調(diào)整，不僅能讓它實(shí)現(xiàn)更有挑戰(zhàn)的運(yùn)動(dòng)，并在面對(duì)突如其來(lái)的巨大沖擊如在空翻落地和遇到碰撞時(shí)，Ollie能“以柔克剛”，順利抵抗外界干擾，保持平衡。

除了平衡能力之外，Ollie還擁有軌跡規(guī)劃能力。在完成這些動(dòng)作時(shí)，Ollie要?jiǎng)佑米约旱摹按竽X”提前“想好”運(yùn)動(dòng)軌跡，即如何應(yīng)用自身的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最大程度地發(fā)揮關(guān)節(jié)電機(jī)性能來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。

Ollie以全身動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，將整個(gè)跳躍或空翻過(guò)程分解為起跳、飛行、落地三個(gè)階段，通過(guò)優(yōu)化手段得到完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)電機(jī)位置、速度和關(guān)節(jié)力矩的參考值序列。

Robotics X移動(dòng)能力再突破 論文入選機(jī)器人頂會(huì)ICRA

騰訊Robotics X實(shí)驗(yàn)室主攻移動(dòng)、靈巧操作和智能體三大機(jī)器人核心通用技術(shù)的研究與應(yīng)用。其中，移動(dòng)能力被認(rèn)為是機(jī)器人最核心、也是最基本的能力之一。

實(shí)驗(yàn)室移動(dòng)技術(shù)框架包含機(jī)械設(shè)計(jì)、感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制，以及融合這三者的整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建等四大模塊，他們分別可理解為機(jī)器人的軀干、眼睛、大腦，以及各“器官”協(xié)調(diào)的能力。

Ollie超強(qiáng)的“輪滑”、“空翻”能力就來(lái)源于這些器官協(xié)調(diào)后的結(jié)果。在機(jī)械設(shè)計(jì)、整機(jī)系統(tǒng)與控制軟件上集成迭代了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)積累，并重點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制上突破創(chuàng)新。新增的全身動(dòng)力學(xué)控制與整機(jī)參數(shù)辨識(shí)提升了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)度、靈活度以及柔順性，拓展了實(shí)驗(yàn)室的移動(dòng)技術(shù)布局。

Ollie 相關(guān)研究論文已被 ICRA 2021 收錄，論文介紹了輪腿式機(jī)器人平衡控制器的設(shè)計(jì)思路與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。ICRA全稱(chēng)國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議（IEEE International Conference on Robotics and Automation），是機(jī)器人領(lǐng)域最有影響力的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議之一。

目前Ollie還處于研發(fā)階段，實(shí)驗(yàn)室將基于輪腿式機(jī)器人平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性特點(diǎn)，拓展平臺(tái)上感知、負(fù)載等各功能模塊搭建，讓機(jī)器人具備更成熟、更豐富的能力。

比如，本次團(tuán)隊(duì)嘗試探索了Ollie的負(fù)載能力，兩輪、三輪可以隨意切換，再加上一個(gè)機(jī)械臂，讓它能夠平穩(wěn)地端起一杯咖啡，通過(guò)輪式移動(dòng)遞給遠(yuǎn)處的客人。

未來(lái)，騰訊 Robotics X實(shí)驗(yàn)室還將在機(jī)器人行業(yè)做全方位、多領(lǐng)域的探索，向人機(jī)共存、共創(chuàng)、共贏(yíng)的未來(lái)不斷邁進(jìn)。