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助力“科技冬奧”，上海交大自主設計研發(fā)滑雪機器人

2022-01-18 15:19:08 來源：光明日報

光明日報報道靈活避讓障礙、身姿矯健通過旗門、人機交互并肩滑行……近日，由上海交通大學設計研發(fā)的六足滑雪機器人在沈陽完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實驗，通過了穩(wěn)定控制、智能感知、規(guī)劃決策等多方面的測試。

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在這次測試中，滑雪機器人在400米長、坡度18度的中級雪道，以大于10m/s速度滑行，運用智能感知、制動控制等技術，完成了機器人競速、轉彎、規(guī)劃路線、規(guī)避障礙以及人與機器人交互等試驗科目，除了身形靈活、姿勢優(yōu)美外，它能通過無線遠程人機交互控制，在真實的滑雪環(huán)境中穿行滑雪人群，讓大家體驗和機器人一起滑雪的樂趣。

據了解，這款滑雪機器人是在“科技冬奧”的號召下，由上海交通大學高峰教授領銜，上海交通大學機械與動力工程學院和電子信息與電氣工程學院組成的足式機器人研究團隊研制，獲得了科技部國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項支持。

滑雪機器人不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規(guī)劃最優(yōu)路線。在初級與中級雪道中的測試，滑雪機器人證明了自己具備敏捷的轉彎、制動能力和強大的自主感知、規(guī)劃能力。它能在雪場高速滑行，遇到障礙物還能急轉彎，繼續(xù)保持自己矯健的滑雪身姿，還能在滑行的過程中完成高山滑雪運動中的“過旗門”任務，能夠實現良好的速度、方向控制，具有滑行、急停、避障、繞桿等功能。

據介紹，上海交通大學足式機器人團隊研發(fā)的這款滑雪機器人是六足機器人，采用雙板滑雪。中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個滑雪板上，用于控制滑雪板的位置和姿態(tài)，兩側的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模仿人，實現點杖的功能。每個滑雪板具有五個自由度，通過控制滑雪板實現滑雪的速度控制、轉彎和制動等功能。

滑雪對人的穩(wěn)定性和靈活性要求極高，設計機器人并研發(fā)控制系統(tǒng)參與滑雪活動，挑戰(zhàn)不小。本次測試的滑雪機器人由上海交通大學自主研發(fā)，研究團隊經過歷經多次科研攻關，在機器人性能操控、感知規(guī)劃等關鍵算法設計上取得了創(chuàng)新突破，自主完成了從機構設計、系統(tǒng)框架、穩(wěn)定控制到智能感知、自主規(guī)劃等一系列環(huán)節(jié)的關鍵核心技術研發(fā)，最終使滑雪機器人集人機交互、環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃、智能決策和穩(wěn)定控制于一體。

研究團隊首先進行了機器人機構設計和驅動器設計制造方面的研究，并為機器人建立了“大腦”——智能系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括動態(tài)平衡穩(wěn)定控制、智能感知和智能規(guī)劃，通過設計智能和行為智能的有機融合，使得機器人能夠分析人的滑雪行為數據，模仿人的滑雪動作，適應戶外雪面的環(huán)境特性，實現了自主快速穩(wěn)定地滑行。

在設計過程中，研究團隊分別以人工遙控和自主規(guī)劃的方式在滑雪機上對機器人身高、身體俯仰角、重心前后位置、重心左右位置、左右雪板夾角、左右腿高低、左右雪板前后位置進行控制，完成速度控制和轉向控制的測試。其中，人工遙控穩(wěn)定轉向滑行最高速可達3.2 m/s；自主規(guī)劃勻速直線滑行最高速可達5.17 m/s，穩(wěn)定轉向滑行最高速可達2.45 m/s。

正是這些關鍵技術的集合，使這款滑雪機器人通過無線遠程人機交互控制，能在真實環(huán)境中實現在滑雪人群中穿行，在初級雪道和中級雪道完成高速滑雪和避障安全控制。它也能夠在戶外初級和中級雪道自動完成啟動、滑行、轉彎、制動，無需人為干預。

滑雪機器人不僅是“科技冬奧”的直觀體現，同時也以“人機共融”的理念為后冬奧時代提供了無限暢想。研究團隊表示，“冬奧會結束后，這款機器人還可以結合當下5G、無線網絡等先進技術，通過遠程控制，實現滑雪機器人同場競技，創(chuàng)造電－機－競的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創(chuàng)造科技感十足的娛樂新風尚”。

“開展包括大眾冰雪在內的多項群眾性冰雪活動，推進3億人參與冰雪運動，助力全民健康?！毖芯繄F隊指出，未來，機器人也將成為冰雪運動的重要參與主體，發(fā)揮科技優(yōu)勢，在高山和冰雪環(huán)境中開展巡邏、實施救援，幫助人們規(guī)避風險，創(chuàng)造舒適安全的冰雪體驗環(huán)境。“人機共融”的特點還將為未來競技模式的拓展、科技與娛樂的全新融合提供無限可能。（光明日報全媒體記者任鵬曹繼軍通訊員高岳齊臣坤江倩倩）

關鍵詞： IT 與體育助力“科技冬奧”，上海交大自主設計研發(fā)滑雪