大型仿人机器人的技术难点和应用情况

仿人机器人要如何“习得”上楼梯、下斜坡、下象棋、柔顺力控按摩、不平整地面行走等技能？本文以2021年发布的优必选大型仿人服务机器人Walker X为例，介绍仿人机器人的技术难点、落地情况和科研合作思路。

Walker X 的打造难在哪儿？

如何站稳、走稳？

要打造一款仿人机器人，良好的运动控制能力是最基本的。如果这方面做不好，机器人很容易在运动过程中摔倒。

与上一代 Walker 机器人相比，新一代 Walker X 可以走得更快、更稳，最大行走速度提升到 3 公里 / 小时，能适应斜坡、楼梯等结构化地形和地砖、厚地毯、草坪、碎石等不平整地面，还能背上 10 千克的重物或双手负载 3 千克重物行走。如果在行走或单腿站立时承受外部冲击，Walker X 也能保持平衡。这背后离不开步态规划与控制等能力的升级。

为了实现 Walker X 的快速行走，通过虚拟本体激励轨迹、足腰协调类人步态、摆动腿运动轨迹优化等算法提高了它的平衡能力，伺服硬件的性能也得以充分发挥。

在不平整地面上行走则涉及全新的脚掌姿态控制算法。该算法可以让机器人的脚掌像人一样，在接触障碍物的瞬间具备柔性自适应能力，又能在脚掌完全接触地面后提供足够的支撑来保证机器人稳定。

此外，由于 Walker X 的定位是一款家用服务机器人，与人类相处时受到外部冲击也是在所难免。为了抵抗冲击，研究人员采用了全身动量控制方案来提高 Walker X 单腿站立时的稳定性，还采用了落足点调整、柔顺控制与姿态控制等多种策略和方法来确保其行走过程中的抗冲击能力。