文章图片

六足冰壶机器人 。上海交通大学供图
中新网上海2月18日电 (齐臣坤 江倩倩 许婧)一双中“腿”支撑身体 ， 一双后“腿”蹬踏起踏器 ， 用一双前“腿”为双“手”控制冰壶的方向和移动与旋转速度 ， 奋力一投 ， 击中目标！上海交通大学18日发布消息称 ， 由上海交通大学机械与动力工程学院教授高峰领衔 ， 上海交通大学与上海智能制造功能平台有限公司组成的六足冰壶机器人研究团队研发的一款机器人“选手”在“冰立方”进行了冬奥会首秀：冰壶投掷表演 。
这位冰壶机器人“选手”得到了科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持 ， 是可以模仿人蹬踏、支撑滑行、旋转冰壶行为方式的六足冰壶机器人 。

文章图片

机器人寻找起踏器从站立转换成投壶状态 。上海交通大学供图
冰壶起源于苏格兰 ， 从1998年开始 ， 冰壶被列为冬奥会正式比赛项目 。 冰壶运动被誉为“冰上国际象棋” ， 投掷队员半蹲在冰面上滑行 ， 轻轻旋转冰壶控制出手方向；两名队友可以在冰壶前用特制的冰刷刷冰面 ， 以控制方向和速度 ， 非常考验参与者的体能和脑力 。 2018年平昌冬奥会后 ， 国际上出现了轮式冰壶机器人 ， 它主要是通过轮子驱动前行的 ， 和人投掷冰壶的行为还有所区别 。
“人投掷冰壶时 ， 一条腿支撑身体 ， 另一条腿蹬踏起踏器 ， 眼睛瞄准目标 ， 手控制冰壶的速度和方向 ， 是一个复杂的决策行为 。 怎样根据人投掷冰壶的行为特征 ， 设计机器人的结构；如何根据视觉与力觉测量的信息 ， 辨识冰面与机器人接触的动力学参数 ， 从而预测机器人滑行和冰壶运动的轨迹；如何根据人类投掷冰壶的决策方法来控制机器人的行为 ， 这些都是我们开发六足冰壶机器人遇到的技术挑战 。 ”高峰介绍说 。

文章图片

机器人击打冰壶出大本营 。上海交通大学供图
人类用手控制冰壶的方向和旋转速度、一条腿的足支撑身体、另一条腿蹬踏起踏器——上海交通大学设计的六足机器人具备人类投掷冰壶的这三种行为功能 ， 和人投掷冰壶时手和双足的分工非常一致 。 这是世界上首次出现模仿人蹬踏、支撑滑行、旋转冰壶等行为方式的六足冰壶机器人 。
冰壶比赛不仅是一次体能竞赛 ， 也是一场智力博弈 。 因此 ， 研究团队需要根据人投掷冰壶的行为特征来训练机器人 ， 让机器人实现人的行为决策方式 。

文章图片

机器人投壶至大本营 。上海交通大学供图
在投掷冰壶过程中 ， 六足机器人前部双腿转化为人手的功能 ， 实现抱壶和旋转壶的运动；中部双腿的膝盖和前部双腿的肘关节复合成四点接触冰面 ， 形成人支撑腿的功能；后部双腿蹬踏起踏器 ， 实现推动机器人加速滑行的功能 。 此外 ， 在前部双腿具有在机器人滑行运动过程中二次掷壶来控制冰壶运动的方向、速度和角速度 ， 实现精准投壶和击打功能 。
投掷冰壶动作结束后 ， 机器人从投掷冰壶的构态转换成站立构态 ， 可以进行冰面行走和寻找起踏器 。 冰面的粗糙度和摩擦特性受冰面的制作和使用时间长短的影响明显 ， 机器人要通过视觉和力觉检测信息 ， 辨识冰面的摩擦特性 ， 来建立机器人和冰壶的动力学模型 ， 从而实现机器人运动特征规划和精准的冰壶投掷、击打 。 这款机器人在冬奥会冰壶比赛期间进行了投掷冰壶表演 ， 为奥运选手加油鼓劲 。