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能静止、行进均能自主保持平衡的轮式机器人

大学仕 2020-11-25 11:15

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腾讯机器人展示中，还有一款自平衡轮式移动机器人，也可称之为自平衡自行车，是腾讯 Robotics X 实验室的首个整机自研机器人。它在传统轮式移动机器人的基础上，增加了动量轮及其电机驱动系统，使得机器人可以在静止及行进状态下均保持平衡不倒。依靠平衡算法，即使受到一定的外界干扰，自平衡轮式移动机器人仍然可以在保持自平衡状态的同时，实现平稳地向前行驶。

机器人在不同的路面状况下，例如遇到上下坡时，均表现出了较好的运动能力和平衡性能。甚至对于行驶路径上存在特定约束的情况，比如沿着独木桥行驶的场景，它也能从容应对。在此前举行的机器人行业国际顶会IROS 2020上，腾讯 Robotics X 实验室发布的两篇平衡控制方向的Oral论文，就来自于该机器人项目。
IROS由IEEE（电气和电子工程师协会）和RSJ（日本机器人学会）共同举办，是机器人领域三大国际顶级会议之一，今年的主题为Consumer Robots and Our Future，接收来自机器人与人工智能、机器人视觉、传感器、云机器人等相关领域的研究。

在第一项研究《自平衡轮式移动机器人的非线性平衡控制：设计与实验》中，腾讯 Robotics X 实验室与纽约大学合作研究了轮式机器人的动静态平衡控制的稳定性问题。论从理论上证明了自平衡轮式移动机器人的闭环系统稳定性。

此外，实验室还在自建平台上证明了新控制器效果良好，能让机器人保持自平衡，并有一定的抗外界干扰能力。基于同一个模型，动态平衡和静态平衡对不同驱动输入的依赖程度不同，无法使用同样的控制参数。因此，研究团队使用基于增益规划（Gain Scheduling）的控制方法。该控制方法可在两种情况下都保持轮式机器人的平衡，这一点在理论和实验中都得到证明。

腾讯 Robotics X 实验室主攻机器人移动、灵巧操作和智能体等三大核心通用技术的研究与应用。其中，移动是机器人最基础的能力之一，此次发布的两项进展就属于移动方向。而移动方向又可分为四个技术模块：机械设计、感知、运动规划与控制、整机系统设计与搭建。通俗的说，前三者分别是机器人的躯干、眼睛和大脑，最后一项则是它的各“器官”协调的能力。

算法自研的 Jamoca 正是结合了腾讯在感知、运动规划与控制两方面的研究成果。而整机自研的自平衡轮式移动机器人则可以视作腾讯在机器人的机械设计和整机系统设计与搭建方向能力上的一个里程碑项目。
（文章来源于机器人在线网）

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