騰訊首個軟硬件全自研的機器狗 Max 來了！
http://m.moduwu.com 2021-03-03 11:53 來源：騰訊程序員
3 月 2 日，騰訊 Robotics X 實驗室正式發布首個軟硬件全自研的多模態四足機器人 Max，其采用創新性的足輪融合一體式設計，有腿又有輪，不僅擁有“崎嶇路面走得穩，平坦路面跑得快”的特長，還能雙腿站立“拜年討紅包”。
Max 首次實現了從四足到雙足的站立、移動，能完成后空翻、摔倒自恢復等高難度動作，并有較好的平衡能力，在移動穩定性和移動速度上做了很好的兼容，達到了行業領先水平。
這也是騰訊 Robotics X 實驗室繼會走梅花樁的機器狗 Jamoca 和自平衡自行車之后又一科研進展，騰訊在機器人移動能力上的研究不斷深入，逐步實現技術上的突破，為應用打基礎。未來四足機器人將有望在機器人巡邏、安保、救援等領域發揮作用，成為人類的智能伙伴和生活助手。
有腿又有輪，走得穩還能跑得快
騰訊 Robotics X 實驗室主攻移動、靈巧操作和智能體三大機器人核心通用技術的研究與應用。其中，移動能力被認為是機器人最核心、也是最基本的能力之一，決定了機器人能去到什么場景，做什么事情，未來有什么樣的想象力。
實驗室移動技術框架包含本體設計、感知、運動規劃與控制，以及融合這三者的整機系統設計與搭建等四大模塊，他們分別可理解為機器人的軀干、眼睛、大腦，以及各“器官”協調的能力。
足式運動和輪式運動是當前機器人移動能力研究的兩大主流方向。
就像大自然中的足腿動物，足式機器人更靈活，他們能跑、能跳、能爬樓梯、能翻越障礙，更適應復雜的地形和環境。
但在現代城鎮中，除了樓梯、欄桿、溝渠等障礙物，機器人更多接觸的是平坦道路，此時，輪式機器人的優勢更明顯，能像汽車一樣穩定、快速的運動。
因此，同時兼具不同移動模式的機器人無疑更靈活，實驗室在努力提升機器人的多模態移動能力，就像“變形金剛”，能夠根據需要自如地切換形態，以此完成更復雜的任務，目前已有多種足輪融合的技術方案面世。
騰訊機器狗 Max 采用了騰訊 Robotics X 實驗室自研的足輪融合方案，原創性地融合了足式與輪式運動模態，從硬件上的機械和電路設計，到軟件上的系統框架和控制算法創新，使得 Max 既有腿、又有輪，可以靈活切換，在崎嶇路面走得穩，在平坦路面跑得快，更契合人類社會的現實環境。
軟硬件三大創新，攻堅核心通用能力
為了實現這一特性，騰訊 Robotics X 實驗室在硬件設計和軟件研發上進行了眾多創新。
在本體設計上，傳統的足輪融合方案是在足底增加額外的輪轂電機，該方案使得足式機器人的腿變得“笨重”，行走起來不夠順暢，靈活性也會有所降低。
為了解決這一難題，騰訊 Robotics X 實驗室提出了一種離合式足輪一體化機構設計方案，通過增加一個質量僅約20g的微型直線電機，使得膝關節電機可同時作為足式和輪式運動的驅動源，在基本不增加腿部慣量的同時，實現了機器狗的足輪多模態運動。同時，該設計方案使得 Max 在輪式運動下的能耗相比傳統的足輪融合方案降低了約50%。 *
騰訊 Robotics X 實驗室還設計了一種特殊的輪式結構，將機器狗輪式運動的速度提升數倍，最高可達25公里/小時。
依托于騰訊自研的軟硬件系統框架，Max 擁有敏銳的“神經系統”，實現了亞毫秒級力控，大大降低了軟硬件系統延遲，讓它面對外界的響應能力得到提升，反應更快。
在運動規劃與控制算法上，Max 既延續了騰訊 Robotics X 實驗室第一只機器狗 Jamoca 的魯棒控制算法，又不斷創新，擁有了更發達的“小腦”。不僅能得心應手地完成足式移動、后空翻等常規動作，還首次實現了四足到雙輪站立的炫酷演示，在站立后能使用前腿進行簡單地操作任務，如抱球、按按鈕，甚至還能“討紅包”。
針對足式運動，Max 基于自研的魯棒控制算法，實現平均計算耗時小于0.3ms，擁有摔倒自行恢復的技能，即使遭受大沖擊摔倒，也能自行恢復正常運行狀態，大大提高了機器人的實用性與可靠性。
針對輪式運動，Max 綜合了 NLMPC（Nonlinear Model Predictive Control，非線性模型預測控制）算法、QP（Quadratic Programming）優化、柔順控制算法，完成了從趴地狀態到雙輪站立的起擺、平衡抗擾、落地控制。
相比于目前市面上僅使用雙輪完成平衡的移動設備，Max 擁有多個關節，不僅在控制難度上更具挑戰性，在站立后的演示場景上更具多樣性。雙輪站立“解放”了四足機器人的前腿，擴展了其操作空間，使得Max未來擁有更廣闊的應用空間。
未來，騰訊 Robotics X 還將持續在機器人移動能力上深入探索，逐步實現從基礎能力到自研能力再到落地能力的突破，讓機器人助力人類更美好的生產生活。
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