波士頓動(dòng)力 Spot 剛學(xué)會(huì)「撒尿」，?加州伯克利機(jī)器狗已經(jīng)能導(dǎo)盲了

能夠帶人類穿過(guò)狹窄雜亂空間的自主機(jī)器人，對(duì)視障人士來(lái)說(shuō)將是一大福音。

波士頓動(dòng)力機(jī)器狗 Spot 的能力如何，我們已經(jīng)領(lǐng)略過(guò)了。

我們知道，它可以適應(yīng)各種崎嶇地形：

表演過(guò)齊舞：

也能按下把手開(kāi)門：

除了這些我們熟知的“低階能力”，今年 Spot 其實(shí)也成長(zhǎng)了不少，種花、寫(xiě)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(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)的損害程度。前不久，Spot 也開(kāi)始參與法國(guó)軍隊(duì)的日常訓(xùn)練，或許未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)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(shí) 6 個(gè)月，通過(guò)安裝攝像頭、噴嘴萬(wàn)向節(jié)等，給 Spot 增加了一個(gè)倒啤酒的新技能。

然鵝，由于最終準(zhǔn)確率僅僅 35%，因此場(chǎng)面一度尷尬，Michael Reeves 原本設(shè)想的倒酒機(jī)器狗竟然變成了撒尿機(jī)器狗......

不得不說(shuō)，在網(wǎng)友的腦洞加持下，Spot 快被“玩壞了”，而這也說(shuō)明它關(guān)注度高、實(shí)力不凡。

但值得注意的是，即便是備受關(guān)注的網(wǎng)紅機(jī)器狗，也要面對(duì)不小的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

畢竟，這屆機(jī)器狗太強(qiáng)，可以說(shuō)是無(wú)所不能了。

比如走梅花樁：

接受「鐵狗五項(xiàng)」挑戰(zhàn)：

掛上牛頭，和 idol 一起上春晚：

而就在最近，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校也設(shè)計(jì)了一只機(jī)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(diǎn)兒溫情：為視障人士導(dǎo)盲。

1、剛性驅(qū)動(dòng)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(tái) arXiv 上找到，論文題為 Robotic Guide Dog: Leading a Human with Leash-Guided Hybrid Physical Interaction（機(jī)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(huì)中扮演著至關(guān)重要的角色，對(duì)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(hù)、是他們與這個(gè)世界的連接。

一只表現(xiàn)出色的導(dǎo)盲犬，通常都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的篩選和訓(xùn)練。但如果用技術(shù)的思維來(lái)看導(dǎo)盲犬的訓(xùn)練工作，我們就會(huì)意識(shí)到一個(gè)問(wèn)題——一只狗獲取的技能無(wú)法轉(zhuǎn)移到另一只狗身上，這使得導(dǎo)盲犬訓(xùn)練既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且過(guò)程不容易擴(kuò)展。

基于此，加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)能導(dǎo)盲的機(jī)器人。

論文介紹，機(jī)器人導(dǎo)盲其實(shí)并非什么新鮮事，不過(guò)目前看來(lái)，大多數(shù)導(dǎo)盲機(jī)器人系統(tǒng)都是基于帶有大底座的輪式平臺(tái)，并帶有可驅(qū)動(dòng)剛性導(dǎo)向臂。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：

受大底座和驅(qū)動(dòng)臂的限制，傳統(tǒng)的導(dǎo)盲機(jī)器人一般都很難在狹窄、混亂的環(huán)境中工作。此外，驅(qū)動(dòng)臂也給機(jī)械控制設(shè)計(jì)帶來(lái)了額外的復(fù)雜性。

研究團(tuán)隊(duì)因此嘗試把傳統(tǒng)的剛性驅(qū)動(dòng)臂換作一條牽引帶。

實(shí)際上牽引帶并不是說(shuō)換就能換，畢竟相比外形相對(duì)固定的驅(qū)動(dòng)臂，牽引帶時(shí)而緊繃時(shí)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(tuán)隊(duì)提出了一種包含牽引帶張力的混合人-機(jī)物理交互模型，用于描述機(jī)器人導(dǎo)盲系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。研究團(tuán)隊(duì)將該模型應(yīng)用于一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題中，并建立了一個(gè)反應(yīng)規(guī)劃器，它可以利用松-緊開(kāi)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(dāng)前位置和目標(biāo)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(biāo)可行路徑點(diǎn)，接著局部規(guī)劃器生成一條短的軌跡，再向機(jī)器人發(fā)送控制命令。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的框架大致如下圖所示。

2、由會(huì)后空翻的小獵豹“進(jìn)化”而來(lái)

在提出上述機(jī)器人框架之后，研究團(tuán)隊(duì)將其部署在一個(gè)小型四足機(jī)器人身上。

值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)用到的四足機(jī)器人是 Mini Cheetah（翻譯過(guò)來(lái)就是小獵豹）。

ICRA2019 會(huì)議期間，來(lái)自 MIT 機(jī)械工程系、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的一組研究人員發(fā)表論文，官宣了 Mini Cheetah。

簡(jiǎn)單來(lái)講，Mini Cheetah 是一種高 0.3m 左右、重 9 kg 的四足機(jī)器人，它體積小、功能強(qiáng)大、機(jī)械堅(jiān)固，使用了定制的可反向驅(qū)動(dòng)模塊化驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)時(shí) Mini Cheetah 已經(jīng)能進(jìn)行小跑演示，速度高達(dá)每秒 2.45 米；還能做出 360° 后空翻的動(dòng)作。

研究團(tuán)隊(duì)基于 Mini Cheetah 做了這幾點(diǎn)設(shè)計(jì)：

借助二維激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位；

用深度相機(jī)進(jìn)行人體檢測(cè)；

配備先進(jìn)的速度跟蹤控制器（雷鋒網(wǎng)注：根據(jù)給定的速度命令計(jì)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(shí)的機(jī)器導(dǎo)盲犬。

我們來(lái)看看效果（下圖中最窄處寬度是 0.8 米）。

無(wú)疑，這款能夠帶人類穿過(guò)狹窄雜亂空間的自主機(jī)器人，對(duì)視障人士來(lái)說(shuō)將是一大福音。

未來(lái)機(jī)器人還將在導(dǎo)盲能力上如何改進(jìn)，雷鋒網(wǎng)將繼續(xù)保持關(guān)注。

引用來(lái)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