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自主滑雪机器人助力“科技冬奥”

来源:科技日报2022-01-19 09:24

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  灵活避让障碍、身姿矫健通过旗门、人机交互并肩滑行……和机器人一起滑雪,相信大多数人都没体验过。近日,由上海交通大学设计研发的六足滑雪机器人在沈阳完成了初级道、中级道以及与人共同滑雪试验,通过了稳定控制、智能感知、规划决策等多方面的测试。这款滑雪机器人是在“科技冬奥”的号召下,由上海交通大学高峰教授领衔,上海交通大学机械与动力工程学院和电子信息与电气工程学院组成的足式机器人研究团队研制,获得了科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持。

  本次测试,滑雪机器人在400米长、坡度18度的中级雪道上,以大于10米/秒速度滑行,运用智能感知、制动控制等技术,完成了机器人竞速、转弯、规划路线、规避障碍以及人与机器人交互等试验科目。除了身形灵活、姿势优美外,它能通过无线远程人机交互控制,在真实的滑雪环境中穿行于滑雪人群,让大家体验和机器人一起滑雪的乐趣。

  这款滑雪机器人是六足机器人,采用双板滑雪。中间的四条腿分成两组,每两条腿固定在一个滑雪板上,用于控制滑雪板的位置和姿态,两侧的两条腿分别加装了滑雪杖,用以模仿人,实现点杖的功能。每个滑雪板具有5个自由度,通过控制滑雪板的位姿可以实现滑雪的速度控制、转弯和制动等功能。其不仅能高速滑雪,还能躲避人群、自己规划最优路线。在初级与中级雪道中的测试,滑雪机器人证明了自己具备敏捷的转弯、制动能力和强大的自主感知、规划能力。

  滑雪对人的稳定性和灵活性要求极高,设计机器人并研发控制系统参与滑雪活动,挑战不小。本次测试的滑雪机器人由上海交通大学自主研发,研究团队经过多次科研攻关,在机器人性能操控、感知规划等关键算法设计上取得了创新突破,自主完成了从机构设计、系统框架、稳定控制到智能感知、自主规划等一系列环节的关键核心技术研发,最终使滑雪机器人集人机交互、环境感知、轨迹规划、智能决策和稳定控制于一体。

  研究团队首先进行了机器人机构设计和驱动器设计制造方面的研究,并为机器人建立了“大脑”,这个智能系统包括动态平衡稳定控制、智能感知和智能规划,通过设计智能和行为智能的有机融合,使得机器人能够分析人的滑雪行为数据,模仿人的滑雪动作,适应户外雪面的环境特性,实现了自主快速稳定地滑行。

  在设计过程中,研究团队分别以人工遥控和自主规划的方式,在滑雪机上对机器人身高、身体俯仰角、重心前后位置、重心左右位置、左右雪板夹角、左右腿高低、左右雪板前后位置进行控制,完成速度控制和转向控制的测试。其中,人工遥控稳定转向滑行最高速可达3.2米/秒;自主规划匀速直线滑行最高速可达5.17米/秒,稳定转向滑行最高速可达2.45米/秒。

  正是这些关键技术的集合,使这款滑雪机器人通过无线远程人机交互控制,能在真实环境中实现在滑雪人群中穿行,在初级雪道和中级雪道完成高速滑雪和避障安全控制。它也能够在户外初级和中级雪道自动完成启动、滑行、转弯、制动,无需人为干预。

  研究团队表示:“冬奥会结束后,这款机器人还可以结合当下5G、无线网络等先进技术,通过远程控制,实现滑雪机器人同场竞技,创造电—机—竞的全新娱乐模式,为滑雪爱好者和青少年创造科技感十足的娱乐新风尚。”(通讯员 高 岳 齐臣坤 江倩倩 记者 王 春)

[ 责编:赵宇豪 ]
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