任推不倒！杜克大学这个机器人小强自己会

文章导读：杜克大学研究团队的新成果让双足机器人行走更加稳健。这一创新算法让机器人在失去平衡之际能够自主采取纠正措施，犹如人类扶墙而立，实现自我稳定。这是首个具备扶墙功能的机器人，标志着机器人技术的一大进步。

对于人形机器人而言，重力始终是一个挑战。DARPA机器人挑战赛中的机器人，在挑战过程中摇摇晃晃，时常摔倒。摔倒并非比赛的目的。两足行走的不稳定性是机器人研发的一大难题，这不仅因为需要完成各种挑战任务，更因为摔倒会对这些昂贵机器造成损害。

为了解决这个问题，世界各地的机器人专家提出了各种方案。杜克大学的Kris Hauser研究组则希望赋予机器人更多的自主性，使其在失去平衡后能够像人类一样利用周围环境来恢复稳定。他们希望通过一系列纠正措施，让机器人在被绊倒后能够像人类一样扶墙而立。

想象一下，如果一个人被推向墙壁或栏杆，他们能够利用这些支撑物用手撑一下以保持直立。杜克大学的电子与计算机工程系副教授Kris Hauser表示：“我们希望机器人也能这样做。”他进一步指出，研究团队正在如何让机器人动态地选择手部放置的位置以防止摔倒，并认为他们的研究在这一领域是独一无二的。

人形机器人（如实验中的ROBOTIS Darin Mini）通过扶着墙壁来稳定自己，以减少摔落的伤害。这种扶墙策略不仅适用于静止的墙壁，还包括可接近的任何平面，使机器人在恢复平衡时更加灵活多变。

利用倒立摆模型进行矢状面和额状面的跌落检测，其中红色箭头代表着质量中心的速度。我们采用三连杆模型，机器人被细分为三个部分——腿、躯干和手臂，每个部分都被建模为刚体连接。

我们的目标是在机器人接触地面时，最大程度地降低冲击力，并减少手或脚滑动的可能性。通过精准的算法预测，我们采用名为direct shooting的方法逐步优化这一过程。这一过程如同精心编排的舞蹈，每一步都经过精确计算，以达到最优的效果。

让我们通过一个实验中的最优控制器来进一步理解。目前，这个机器人主要依靠输入的环境信息进行行动，还无法自主导航。Hauser计划将其升级为一个更大型的机器人，配备能够捕捉周围环境的相机传感器。

Hauser充满了对未来的期待：“我希望在今年年底之前，我们能进行实验，让机器人在实际的现场障碍赛道上运行。之后，我们将尝试让机器人动态地绘制出它周围的地图，并根据周围环境推断出如何避免摔倒。这将是一场机器人技术与智慧的较量，也是对我们人类创造力和决心的一次考验。”

该领域的研究成果已经发表在ICRA2018上，论文详细阐述了机器人如何通过手接触地面来优化跌落过程。如果您想深入了解更多关于这项研究的内容，可以访问论文的官方网站：[论文地址](