浙大朱秋国:小研究也有大作用,它会颠覆你的生活

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朱秋国

【人物档案】朱秋国,浙江大学控制科学与工程学院,工业控制技术国家重点实验室,智能系统与控制研究所机器人实验室助理研究员,硕士生导师,国际机器人竞赛IDC Robocon委员会委员,中国China Open篮球组委员会委员,浙江省大学生机器人竞赛专家。主要研究领域有仿人机器人,腿式跑跳机器人,柔性机械臂,以及医疗外骨骼等,承担多项国家和省级项目,发表学术论文20余篇,授权发明专利20项,授权美国发明专利1项,获2011年浙江省优秀硕士论文,2013年浙江省科技奖一等奖,2013年浙江省教学成果奖一等奖等,2017年IDC Robocon国际机器人大赛负责人。

面对新版Atlas带来的压力,浙江大学智能系统与控制研究所机器人实验室助理研究员朱秋国在接受中国科技网记者采访时表示,所在的实验室仍然会怀抱梦想、坚守信念。他说:“希望我们的研究能够助推后续仿生机器人的开发,让机器人在运动的时候表现出更加仿人的特性

小短腿机器人惊艳亮相,我们被虐成狗?

机器人从室内往外走,推开玻璃门,走到户外。穿过雪地,走进仓库。搬起箱子,放到架子上。被人戳倒,自己爬起来。又狠狠地挨了一棍子,爬起来愤然离去……

小短腿机器人Atlas

这是20162月美国波士顿动力公司发布地视频中展示的小短腿机器人Atlas。它能够在崎岖的雪地上平稳行走,并达到人的正常行走速度。此外,Atlas被推到后能自己爬起来,能自动识别并搬运物体,还能自己开门。

浙大智能系统与控制研究所的机器人实验室助理研究员朱秋国说:“这款仿生机器人运动速度快、能应对复杂环境,平衡能力强,这些性能让人震惊。我们当时受到了不小的冲击,一些专业人士,包括我们实验室的学生,面对波士顿动力公司的新产品表现出了一面倒仰慕和些许自卑。”

近日,美国佛罗里达与人与机器认知研究所(IHMC)公布新的研究成果,展示了Atlas机器人在由碎砖块构成的类似“梅花桩”的路径上,也能保持身体平衡。这意味着在掌握平稳行走等技能后,Atlas又拥有在更加苛刻的环境下慢动作穿越“梅花桩”类地形的能力。

“这种控制平衡的技术难度很高,从侧面解决了机器人在行走过程中容易摔倒的问题。”面对国外看似望尘莫及的研究成果,朱秋国仍能保持乐观心态。他认为,“美日韩在仿人机器人研究上以研究院或公司为主体在持续不断地推进机器人研究方面具有更大的优势,这种运作方式具有很好的借鉴价值。我们也不需要太悲观,中国未来肯定也会出现类似波士顿动力公司一样的黑马

无法逾越的大山?化压力为动力 寻找差距

浙江大学从2006年开始仿人机器人研究,2007年开发第一代大型仿人机器人,2008年,开发了国际上首台具有快速连续反应能力的仿人乒乓球机器人“悟空”。浙江大学、北京理工大学、国防科技大学、清华大学等高校在国内仿人机器人研究中具有相对较高的水平。

浙大仿人乒乓球机器人“悟空”

当然,这里所说的“悟空”并非伴随唐长老去西天取经的那位。2008年,浙大智能系统与控制研究所的机器人实验室承担科技部863重点课题《仿人机器人高性能单元和系统》,“悟”“空”是这个项目的代表之作。“悟空”机器人身高165厘米,体重55公斤,全身上下共有30个自由度。他们既能跟人对打,又可以双机器人对打,目前跟人最高可以对打145个回合,跟机器人最高可以对打114个回合。同时,“悟空”也是世界上唯一一个可以接打旋转球的机器人系统。

不明觉厉,然而和Atlas对比的话,“悟空”机器人在行走运动能力上仍然具有较大差距。

“当时我们采用电机作为机器人关节的执行器,所以带动机器人的能力比较薄弱。当机器人受到推力时,即使算法做好了,机器人不能及时执行到位,还是容易摔倒。”朱秋国对比之后认为,新版Atlas在稳定性和平衡性上都有了质的飞跃,其中采用高性能的液压动力系统是关键因素之一。

“国内目前也有一些研究单位开发了采用液压系统的四足机器人,水平相当于2005年的波士顿动力公司的BigDog,这也是一个很大的进步。”朱秋国指出国内在平衡控制研究上也尚有差距,“在研究腿足式机器人方面,波士顿动力公司仿佛是一座难以逾越的大山。”

腿腿腿腿腿,从一条腿开始 回归基础研究

在做完乒乓球机器人“悟空”以后,朱秋国所在的实验室也遇到一些困惑——究竟应该怎样做,才能让机器人的稳定性更好?

“我们从麻省理工学院腿实验室的研究文章中找到了答案——在位置控制的基础上,增加力的控制。我们之前做的机器人的控制都是位置控制,关节都是很僵硬的,但是麻省理工腿实验室,也是波士顿动力公司的前身,从80年代开始就在关节中融入力的信息,通过力的反馈做控制,从而使机器人在柔顺性及环境适应性上获得提升。”朱秋国所在的实验室从中获得了启发。于是,他们回归原点,从一条腿开始尝试做柔性关节,试着在位置控制的基础上加入力的信息。

他们开始做一些自己的探索,并希望通过基础的研究和试验摸清楚相应的基本原理和性能。“到目前为止,我们已经开发5条单腿机器人,可以实现在平面上自主平衡前进跳跃。”朱秋国称希望能把这种基础研究作为开发新仿人机器人的良好开端,希望以后能实现更好的性能,包括行走、跑步、对室外环境的适应性、以及能量的利用效率等,都能获得质的提升。

面对新版Atlas带来的压力,朱秋国所在的实验室仍然怀抱梦想、坚守信念。他说:“希望我们的研究能够助推后续仿生机器人的开发。让机器人在运动的时候表现出更加仿人的特性

小研究也有大作用,它会这样颠覆你的生活

目前我们看到的一般是通过轮子来运动的移动式机器人,腿足机器人比较少见。但是,对比以后就会发现,腿式机器人更有优势,未来将对我们的生活产生很大影响,包括物资运输、灾后救援、太空探索等方面。

浙大智能系统与控制研究所南江机器人公司联合开发的四足机器人

腿式机器人具有更好的仿生性,可以高度模仿人或者四足哺乳动物。对环境的适应性更强、更能应对复杂路面,可以去到一些轮式移动式机器人去不了的地方。例如,抗震救灾时人员或者飞机无法抵达的情况下,可以用腿式机器人探寻生命迹象;太空探索中轮式移动机器人可能会被障碍物挡住,但是腿式机器人却可以轻松越过障碍物。

此外,这种腿足机器人的研究也可以延伸到外骨骼机器人,应用于医学、康复治疗等领域。截瘫患者穿上形似“钢铁侠”的腿部智能机械装置后,便能如正常人一样迈步行走。通过“人机合一”让使用者自如行动,对于脊髓损伤患者以及行走不便患者来说,无疑是福音。

(文/中国科技网记者冷媚 编辑/闫月)

责任编辑:闫月
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