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太阳成集团波士顿动力机器人后空翻动作背后的技术浅析
太阳成集团(原标题:尝试揭开Boston Dynamics新发布Atlas后空翻的面纱——其背后的技术浅析)
雷锋网按:本文作者段晋军,东南大学自动化学院智能机器人方向博四研究生,原文首发于知乎,雷锋网授权转载。
2017年11月16日,一段Atlas跳跃、旋转、后空翻的视频几乎惊艳了整个机器人圈,各大媒体纷纷做了报道,我也在如何看待 Boston Dynamic 2017.11.16新发布的机器人 Atlas 视频?发表了情怀感言,当然只有情怀是不够的,作为技术工科男,还是应该多思考下其背后到底有什么技术。
在Flight Phases,Atlas并没有与环境接触,因此没有任何的接触力f_i,此时牛顿方程简化为:
在空中的过程实际是个抛物线运动,因此没有办法在空中改变Atlas的运动。上式中的欧拉公式可以简化为:
在这种情况下,Atlas既可以控制关节的运动,也可以控制整体的旋转,前提是在落地之前。
综上所述,在空中运动过程中,Atlas无法改变运动,但是可以改变姿态,也就是后空翻或是前空翻等复杂动作,只要在落地之前完成动作即可,当然跳以前也需要做步态和运动等的规划。
无论是什么样的接触面,Atlas与地面接触时的瞬间接触力是非常大的,因此对电机有非常高的要求,BD很聪明,选用了液压伺服控制太阳成集团。若是电机的话,可能分分钟爆掉。即使是液压伺服控制,也要考虑主动或是被动柔顺的控制太阳成集团。
个人觉得落地后的平衡相比于walk或是run的平衡相对简单,若是能将walk或是run过程中的平衡控制好,也许落地后的平衡相对较为容易,但是在跳跃之后与地面接触时的力控制就变成了难点。
在空中的时间设计尤为重要,若是时间较短,Atlas完不成空翻动作;若是时间较长,Atlas需要不停地调整姿态,以保证在接触地面前做好平衡的动作太阳成集团。
当然整个过程没有那么简单,下面给出参考文献,有兴趣的朋友可以精读下面的内容(Spring Handbook of Robotics的P1206-1263)。
内容实在是太多,不可能通过一篇文章解释清楚,所以只给出了大概的解释和内容,起到抛砖引玉的效果。