波士顿动力 Spot 刚学会「撒尿」，加州伯克利机器狗已经能导盲了
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2021-04-16 13:28
作者 | 付静
波士顿动力机器狗 Spot 的能力如何，我们已经领略过了。
我们知道，它可以适应各种崎岖地形：
表演过齐舞：
也能按下把手开门：
除了这些我们熟知的“低阶能力”，今年 Spot 其实也成长了不少，种花、写字、清洁垃圾、跳大绳都不在话下。
3 月初，SpaceX 星舰原型 SN10 降落发生爆炸后，正是 Spot 奔赴第一线，检查星舰爆炸情况、评估发动机的损害程度。前不久，Spot 也开始参与法国军队的日常训练，或许未来战场上将出现 Spot 的身影。
恰巧在昨天，一则关于 Spot 新技能的消息刷屏了：一位名叫 Michael Reeves 的 Youtuber 历时 6 个月，通过安装摄像头、喷嘴万向节等，给 Spot 增加了一个倒啤酒的新技能。
然鹅，由于最终准确率仅仅 35%，因此场面一度尴尬，Michael Reeves 原本设想的倒酒机器狗竟然变成了撒尿机器狗......
不得不说，在网友的脑洞加持下，Spot 快被“玩坏了”，而这也说明它关注度高、实力不凡。
但值得注意的是，即便是备受关注的网红机器狗，也要面对不小的竞争压力。
毕竟，这届机器狗太强，可以说是无所不能了。
比如走梅花桩：
接受「铁狗五项」挑战：
挂上牛头，和 idol 一起上春晚：
而就在最近，美国加州大学伯克利分校也设计了一只机器狗。
相比被用于军事用途、被网友恶搞，这只狗子的主要功能显得有点儿温情：为视障人士导盲。
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刚性驱动臂换成牵引带
目前，这只导盲犬的相关研究成果可以在预印本平台 arXiv 上找到，论文题为 Robotic Guide Dog: Leading a Human with Leash-Guided Hybrid Physical Interaction（机器导盲犬：用牵引带引导的混合物理交互为人类导航）。
众所周知，导盲犬在社会中扮演着至关重要的角色，对特殊群体而言，导盲犬不是工具，而是一位伙伴、是一种保护、是他们与这个世界的连接。
一只表现出色的导盲犬，通常都经过了严格的筛选和训练。但如果用技术的思维来看导盲犬的训练工作，我们就会意识到一个问题——一只狗获取的技能无法转移到另一只狗身上，这使得导盲犬训练既费时又费力，而且过程不容易扩展。
基于此，加州大学伯克利分校研究团队的目标是设计一个能导盲的机器人。
论文介绍，机器人导盲其实并非什么新鲜事，不过目前看来，大多数导盲机器人系统都是基于带有大底座的轮式平台，并带有可驱动刚性导向臂。
研究团队认为：
受大底座和驱动臂的限制，传统的导盲机器人一般都很难在狭窄、混乱的环境中工作。此外，驱动臂也给机械控制设计带来了额外的复杂性。
研究团队因此尝试把传统的刚性驱动臂换作一条牵引带。
实际上牵引带并不是说换就能换，毕竟相比外形相对固定的驱动臂，牵引带时而紧绷时而松弛，其变化将更为复杂。下图展示的是牵引带紧绷和松弛的两种状态。
研究团队提出了一种包含牵引带张力的混合人-机物理交互模型，用于描述机器人导盲系统的动力学关系。研究团队将该模型应用于一个混合整数规划问题中，并建立了一个反应规划器，它可以利用松-紧开关，引导视障人士在有限空间内安全前行。
规划器的工作流程具体是：确定当前位置和目标位置后，全局规划器首先使用算法为局部规划器生成目标可行路径点，接着局部规划器生成一条短的轨迹，再向机器人发送控制命令。
研究团队设计的框架大致如下图所示。
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由会后空翻的小猎豹“进化”而来
在提出上述机器人框架之后，研究团队将其部署在一个小型四足机器人身上。
值得关注的是，研究团队用到的四足机器人是 Mini Cheetah（翻译过来就是小猎豹）。
ICRA2019 会议期间，来自 MIT 机械工程系、电气工程与计算机科学系的一组研究人员发表论文，官宣了 Mini Cheetah。
简单来讲，Mini Cheetah 是一种高 0.3m 左右、重 9 kg 的四足机器人，它体积小、功能强大、机械坚固，使用了定制的可反向驱动模块化驱动器。当时 Mini Cheetah 已经能进行小跑演示，速度高达每秒 2.45 米；还能做出 360° 后空翻的动作。
研究团队基于 Mini Cheetah 做了这几点设计：
借助二维激光雷达实现机器人定位；
用深度相机进行人体检测；
配备先进的速度跟踪控制器（雷锋网注：根据给定的速度命令计算出所需地面反应力和位置信息，可以算出关节位置速度，这一信息将传递给关节控制器，产生关节力矩）。
最终，Mini Cheetah 成为了一只名副其实的机器导盲犬。
我们来看看效果（下图中最窄处宽度是 0.8 米）。
无疑，这款能够带人类穿过狭窄杂乱空间的自主机器人，对视障人士来说将是一大福音。
未来机器人还将在导盲能力上如何改进，雷锋网将继续保持关注。
引用来源：
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
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