波士頓動力 Spot 剛學(xué)會「撒尿」，?加州伯克利機器狗已經(jīng)能導(dǎo)盲了
作者 | 付靜
波士頓動力機器狗 Spot 的能力如何，我們已經(jīng)領(lǐng)略過了。
我們知道，它可以適應(yīng)各種崎嶇地形：
表演過齊舞：
也能按下把手開門：
除了這些我們熟知的“低階能力”，今年 Spot 其實也成長了不少，種花、寫字、清潔垃圾、跳大繩都不在話下。
3 月初，SpaceX 星艦原型 SN10 降落發(fā)生爆炸后，正是 Spot 奔赴第一線，檢查星艦爆炸情況、評估發(fā)動機的損害程度。前不久，Spot 也開始參與法國軍隊的日常訓(xùn)練，或許未來戰(zhàn)場上將出現(xiàn) Spot 的身影。
恰巧在昨天，一則關(guān)于 Spot 新技能的消息刷屏了：一位名叫 Michael Reeves 的 Youtuber 歷時 6 個月，通過安裝攝像頭、噴嘴萬向節(jié)等，給 Spot 增加了一個倒啤酒的新技能。
然鵝，由于最終準確率僅僅 35%，因此場面一度尷尬，Michael Reeves 原本設(shè)想的倒酒機器狗竟然變成了撒尿機器狗......
不得不說，在網(wǎng)友的腦洞加持下，Spot 快被“玩壞了”，而這也說明它關(guān)注度高、實力不凡。
但值得注意的是，即便是備受關(guān)注的網(wǎng)紅機器狗，也要面對不小的競爭壓力。
畢竟，這屆機器狗太強，可以說是無所不能了。
比如走梅花樁：
接受「鐵狗五項」挑戰(zhàn)：
掛上牛頭，和 idol 一起上春晚：
而就在最近，美國加州大學(xué)伯克利分校也設(shè)計了一只機器狗。
相比被用于軍事用途、被網(wǎng)友惡搞，這只狗子的主要功能顯得有點兒溫情：為視障人士導(dǎo)盲。
1
剛性驅(qū)動臂換成牽引帶
目前，這只導(dǎo)盲犬的相關(guān)研究成果可以在預(yù)印本平臺 arXiv 上找到，論文題為 Robotic Guide Dog: Leading a Human with Leash-Guided Hybrid Physical Interaction（機器導(dǎo)盲犬：用牽引帶引導(dǎo)的混合物理交互為人類導(dǎo)航）。
眾所周知，導(dǎo)盲犬在社會中扮演著至關(guān)重要的角色，對特殊群體而言，導(dǎo)盲犬不是工具，而是一位伙伴、是一種保護、是他們與這個世界的連接。
一只表現(xiàn)出色的導(dǎo)盲犬，通常都經(jīng)過了嚴格的篩選和訓(xùn)練。但如果用技術(shù)的思維來看導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練工作，我們就會意識到一個問題——一只狗獲取的技能無法轉(zhuǎn)移到另一只狗身上，這使得導(dǎo)盲犬訓(xùn)練既費時又費力，而且過程不容易擴展。
基于此，加州大學(xué)伯克利分校研究團隊的目標是設(shè)計一個能導(dǎo)盲的機器人。
論文介紹，機器人導(dǎo)盲其實并非什么新鮮事，不過目前看來，大多數(shù)導(dǎo)盲機器人系統(tǒng)都是基于帶有大底座的輪式平臺，并帶有可驅(qū)動剛性導(dǎo)向臂。
研究團隊認為：
受大底座和驅(qū)動臂的限制，傳統(tǒng)的導(dǎo)盲機器人一般都很難在狹窄、混亂的環(huán)境中工作。此外，驅(qū)動臂也給機械控制設(shè)計帶來了額外的復(fù)雜性。
研究團隊因此嘗試把傳統(tǒng)的剛性驅(qū)動臂換作一條牽引帶。
實際上牽引帶并不是說換就能換，畢竟相比外形相對固定的驅(qū)動臂，牽引帶時而緊繃時而松弛，其變化將更為復(fù)雜。下圖展示的是牽引帶緊繃和松弛的兩種狀態(tài)。
研究團隊提出了一種包含牽引帶張力的混合人-機物理交互模型，用于描述機器人導(dǎo)盲系統(tǒng)的動力學(xué)關(guān)系。研究團隊將該模型應(yīng)用于一個混合整數(shù)規(guī)劃問題中，并建立了一個反應(yīng)規(guī)劃器，它可以利用松-緊開關(guān)，引導(dǎo)視障人士在有限空間內(nèi)安全前行。
規(guī)劃器的工作流程具體是：確定當前位置和目標位置后，全局規(guī)劃器首先使用算法為局部規(guī)劃器生成目標可行路徑點，接著局部規(guī)劃器生成一條短的軌跡，再向機器人發(fā)送控制命令。
研究團隊設(shè)計的框架大致如下圖所示。
2
由會后空翻的小獵豹“進化”而來
在提出上述機器人框架之后，研究團隊將其部署在一個小型四足機器人身上。
值得關(guān)注的是，研究團隊用到的四足機器人是 Mini Cheetah（翻譯過來就是小獵豹）。
ICRA2019 會議期間，來自 MIT 機械工程系、電氣工程與計算機科學(xué)系的一組研究人員發(fā)表論文，官宣了 Mini Cheetah。
簡單來講，Mini Cheetah 是一種高 0.3m 左右、重 9 kg 的四足機器人，它體積小、功能強大、機械堅固，使用了定制的可反向驅(qū)動模塊化驅(qū)動器。當時 Mini Cheetah 已經(jīng)能進行小跑演示，速度高達每秒 2.45 米；還能做出 360° 后空翻的動作。
研究團隊基于 Mini Cheetah 做了這幾點設(shè)計：
借助二維激光雷達實現(xiàn)機器人定位；
用深度相機進行人體檢測；
配備先進的速度跟蹤控制器（雷鋒網(wǎng)注：根據(jù)給定的速度命令計算出所需地面反應(yīng)力和位置信息，可以算出關(guān)節(jié)位置速度，這一信息將傳遞給關(guān)節(jié)控制器，產(chǎn)生關(guān)節(jié)力矩）。
最終，Mini Cheetah 成為了一只名副其實的機器導(dǎo)盲犬。
我們來看看效果（下圖中最窄處寬度是 0.8 米）。
無疑，這款能夠帶人類穿過狹窄雜亂空間的自主機器人，對視障人士來說將是一大福音。
未來機器人還將在導(dǎo)盲能力上如何改進，雷鋒網(wǎng)將繼續(xù)保持關(guān)注。
引用來源：
https://www.youtube.com/watch?v=tqsy9Wtr1qE
https://arxiv.org/abs/2103.14300
https://www.semanticscholar.org/paper/The-GuideCane-a-computerized-travel-aid-for-the-of-Borenstein-Ulrich/b72f52f407cfb864fb6c4d2a4e3781c6c345c250
https://techxplore.com/news/2021-04-laser-equipped-robotic-dog-people.html
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