麻省理工學(xué)院發(fā)布了你獵豹小型四足機(jī)器人 最終不被人所控制

本月早些時(shí)候，麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)布了其迷你獵豹（Mini Cheetah）的新視頻，這是來自麻省理工學(xué)院仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的小型四足機(jī)器人。該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、機(jī)械工程教授桑巴·金（Sangbae Kim）日前接受采訪，談了許多關(guān)于迷你獵豹設(shè)計(jì)以及機(jī)器人未來發(fā)展需要面對(duì)的問題。

圖：麻省理工學(xué)院研發(fā)的迷你獵豹機(jī)器人

麻省理工學(xué)院此前指出，迷你獵豹機(jī)器人重約9公斤，配有12個(gè)模塊化電動(dòng)馬達(dá)，每條腿都有動(dòng)力髖關(guān)節(jié)（2自由度）和膝關(guān)節(jié)。馬達(dá)是現(xiàn)成的廉價(jià)部件，而不是專門定制的昂貴設(shè)計(jì)模塊，它最大的關(guān)節(jié)速度為40弧度每秒，這在技術(shù)上看已經(jīng)非?？?，視頻中迷你獵豹機(jī)器人展示的后空翻，在第一次嘗試時(shí)就成功了，接下來，迷你獵豹將被教導(dǎo)在被拋入空中后，執(zhí)行非常像貓的動(dòng)作，即雙腳著陸。桑巴談了更多細(xì)節(jié)：

問：你們?yōu)楹我瞥龈“姹镜墨C豹機(jī)器人？

桑巴：這主要是為了加速機(jī)器人研究。如果你和任何使用機(jī)器人的人交談，他們會(huì)告訴這個(gè)過程會(huì)有多痛苦：這些機(jī)器人脆弱、危險(xiǎn)，扭矩不足，很難建模，有大堆的問題。如果你有個(gè)像獵豹3這樣的機(jī)器人，你每天運(yùn)行它的實(shí)際時(shí)間是多少？這可能是1%或更少，因?yàn)樗茈y運(yùn)行，而且相當(dāng)危險(xiǎn)。假如有什么東西壞了，可能要耽誤很長(zhǎng)時(shí)間。

但有了迷你獵豹機(jī)器人，你就可以每天運(yùn)行5個(gè)小時(shí)，我們已經(jīng)做了3個(gè)小時(shí)的演示，沒有任何問題?；旧希覀円呀?jīng)達(dá)到了一定水平，它是如此可靠，以至于我們可以放心把它交給其他在硬件上屢受阻礙的團(tuán)體使用。

迷你獵豹差不多有著完美體型，9公斤不是太小，但也不是太大，它依然危險(xiǎn)而脆弱，這個(gè)機(jī)器人我們用了12個(gè)月，期間沒有更換任何機(jī)械部件，這主要得益于我們的執(zhí)行器技術(shù)。我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器能夠承受撞擊，執(zhí)行跳躍和著陸等動(dòng)作，已經(jīng)幫助其達(dá)到了每秒2.5米的速度，這對(duì)于它的體型來說已經(jīng)很快了，但理論上它可以達(dá)到每秒4米，這相當(dāng)于獵豹3的最高速度。

問：液壓馬達(dá)仍在大多數(shù)高性能的動(dòng)態(tài)機(jī)器人中使用，為什么電動(dòng)執(zhí)行器更適合像獵豹和迷你獵豹這樣的機(jī)器人？

桑巴：我和馬克·雷伯特（Marc Raibert）討論過這個(gè)問題，他和我的觀點(diǎn)略有不同。他認(rèn)為有些關(guān)于縮放的問題，但我不同意，電動(dòng)馬達(dá)的縮放技術(shù)已經(jīng)十分成熟，我真的對(duì)迷你獵豹的表現(xiàn)感到驚訝，因?yàn)槠潆妱?dòng)馬達(dá)規(guī)?？s小得很厲害，其秘密在于設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)：如果你看一看迷你獵豹的肩部（致動(dòng)器），它們相對(duì)于獵豹3更大。這不是很明顯，但迷你獵豹的肩膀相對(duì)于它的身體長(zhǎng)度比例更大，這使得它更強(qiáng)大。

電動(dòng)馬達(dá)可以很容易地放大，以至于制造馬匹大小的機(jī)器人，你就能使它跑得像馬一樣快，在功率密度方面沒有什么問題，我認(rèn)為當(dāng)涉及到人形機(jī)器人時(shí)，這個(gè)問題就變得有趣了，因?yàn)槿诵螜C(jī)器人需要更高的自由度，所以在12度的自由度時(shí)，這不是問題，我認(rèn)為電動(dòng)馬達(dá)是最好的選擇。但是如果你需要24度的自由度，并且需要在腕部、踝部和頸部擁有更高自由度，電動(dòng)馬達(dá)往往就會(huì)受到影響。

這就是液壓開始變得有吸引力的地方，因?yàn)槟阌懈蟮碾娫?，但?zhí)行器相對(duì)較小，而且比具有等效扭矩的電動(dòng)馬達(dá)小得多。當(dāng)然，液壓動(dòng)力還需要其他補(bǔ)充，所以在某種程度的自由度上，我認(rèn)為電動(dòng)執(zhí)行器在各個(gè)方面都會(huì)更好地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易用的設(shè)計(jì)，但是一旦自由度過大，液壓動(dòng)力就有了巨大的優(yōu)勢(shì)。

問：既然有了迷你獵豹，你還會(huì)繼續(xù)和獵豹 3 合作嗎？

桑巴：到目前為止，我們已經(jīng)進(jìn)行了95%的仿真，然后當(dāng)我們對(duì)控制器有信心時(shí)，我們會(huì)在機(jī)器人身上進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)在我們要移動(dòng)到50%在模擬中，40%在迷你獵豹中，10%在獵豹3中。即使你的算法在模擬中并非超級(jí)強(qiáng)大，迷你獵豹在測(cè)試它時(shí)也沒有問題，安裝過程大概需要2分鐘，如果出了問題，它也不會(huì)壞。

對(duì)研究機(jī)器人來說，“不壞”是件大事，因?yàn)檫@意味著你可以在它們身上試驗(yàn)，或者相信你的學(xué)生可以在他們身上試驗(yàn)，而不需要先設(shè)置四份電子報(bào)警器，穿上防彈衣，拿出支票簿，站在火警報(bào)警器旁邊。正如桑巴所指出的，堅(jiān)固的機(jī)器人意味著你可以在模擬中少做許多工作，這更有趣（而且可能更有效率）。

我們的計(jì)劃是建造10個(gè)迷你獵豹機(jī)器人，其中5到6個(gè)將在麻省理工學(xué)院的不同實(shí)驗(yàn)室投入使用，以同時(shí)解決不同的問題，希望它能加速開發(fā)，這可能加快開發(fā)速度5到6倍。其他四五個(gè)機(jī)器人可以離開麻省理工學(xué)院，進(jìn)入經(jīng)驗(yàn)豐富的有腿機(jī)器人團(tuán)隊(duì)。桑巴說，我們最終希望“舉行機(jī)器狗障礙賽跑，每個(gè)團(tuán)隊(duì)用不同的算法控制迷你獵豹，我們可以看到哪種策略更有效。”

比賽最初很可能是由人類控制的，但最終迷你獵豹將實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)作。一旦它實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們便期望在不久的將來能有更廉價(jià)的消費(fèi)者版本上市。