腾讯科技讯 6月3日，腾讯轮腿式机器人Ollie（奥利）正式亮相。它像一个灵活的“轮滑小子”，能完成跳跃、360度空翻等高难度动作。轮腿式机器人（wheel-legged robot）是近年来机器人研究的前沿领域。Ollie兼具轮式结构和腿部能力，轮式结构移动快、效率高；腿部能力让Ollie适应不平地面、完成跳跃台阶等动作，达到了行业领先水平。这是腾讯Robotics X实验室新型机器人。在自平衡自行车、机器狗Jamoca和Max之后，Ollie积累了实验室的移动控制技术，并在运动规划、平衡与稳定性上重点突破，成为实验室又一大创新成果。在日前举办的ICRA 2021，腾讯AI Lab及Robotics X实验室主任张正友博士受邀作大会报告，介绍了Robotics X实验室在机器人移动研究领域的布局与进展，并分享了Ollie的技术细节。
跳跃、360度空翻也能轻松搞定
要让机器人应对复杂地形，跳跃能力不可或缺。最低身高只有35厘米的Ollie，可以跳上40厘米的台阶，竖直起跳高度最高可达60厘米，甚至能轻松完成360度空翻挑战；在平地上时，Ollie更像是一个“不倒翁”，能抗住各种“突发”状况。Ollie的机械设计大有玄机：单腿采用并联机构，与身体形成五连杆结构，使整体具有结构简单、动态性能高、爆发力强的特点；“尾巴”的独特设计一方面为Ollie提供额外角动量，助其完成更高动态运动，如空翻。同时“尾巴”可充当第三条腿，增加稳定性，为搭载机械臂完成更多任务提供可能。出色的运动能力，高动态高难度的空翻动作背后，源于腾讯Robotics X实验室的最新研究进展：非线性控制技术、全身动力学控制和轨迹规划。非线性控制技术让机器人具备良好的平衡能力，此前实验室研发的自平衡自行车已应用同类技术，在静止及行进状态下均保持平衡不倒。针对轮腿式机器人的形态和特点，实验室研发团队适应性地应用非线性控制方法，控制器不再受限于模型的可线性化区间内，使机器人Ollie在大角度倾斜时也具有良好的平衡能力和鲁棒性（Robust音译，指在异常和危险情况下系统生存的能力）。在双轮模式下，机器人与地面只有两个接触点，对平衡能力要求更高。在变换身高过不平整地面、甚至单腿过障碍时，Ollie都能完美保持平衡。
全身动力学控制像给Ollie装上了发达的“小脑”，其采用最优化方法求得各关节力矩来实现全身姿态调整，不仅能让它实现更有挑战的运动，并在面对突如其来的巨大冲击如在空翻落地和遇到碰撞时，Ollie能“以柔克刚”，顺利抵抗外界干扰，保持平衡。除了平衡能力之外，Ollie还拥有轨迹规划能力。在完成这些动作时，Ollie要动用自己的“大脑”提前“想好”运动轨迹，即如何应用自身的形态和结构特点，最大程度地发挥关节电机性能来实现目标运动。Ollie以全身动力学模型为基础，将整个跳跃或空翻过程分解为起跳、飞行、落地三个阶段，通过优化手段得到完成整个运动的关节电机位置、速度和关节力矩的参考值序列。
Robotics X移动能力再突破 论文入选机器人顶会ICRA腾讯Robotics X实验室主攻移动、灵巧操作和智能体三大机器人核心通用技术的研究与应用。其中，移动能力被认为是机器人最核心、也是最基本的能力之一。实验室移动技术框架包含机械设计、感知、运动规划及控制，以及融合这三者的整机系统设计与搭建等四大模块，他们分别可理解为机器人的躯干、眼睛、大脑，以及各“器官”协调的能力。Ollie超强的“轮滑”、“空翻”能力就来源于这些器官协调后的结果。在机械设计、整机系统与控制软件上集成迭代了实验室技术积累，并重点在运动规划与控制上突破创新。新增的全身动力学控制与整机参数辨识提升了机器人运动的精准度、灵活度以及柔顺性，拓展了实验室的移动技术布局。Ollie 相关研究论文已被 ICRA 2021 收录，论文介绍了轮腿式机器人平衡控制器的设计思路与实验结果。ICRA全称国际机器人与自动化会议（IEEE International Conference on Robotics and Automation），是机器人领域最有影响力的国际学术会议之一。目前Ollie还处于研发阶段，实验室将基于轮腿式机器人平台的机动性特点，拓展平台上感知、负载等各功能模块搭建，让机器人具备更成熟、更丰富的能力。比如，本次团队尝试探索了Ollie的负载能力，两轮、三轮可以随意切换，再加上一个机械臂，让它能够平稳地端起一杯咖啡，通过轮式移动递给远处的客人。未来，腾讯 Robotics X实验室还将在机器人行业做全方位、多领域的探索，向人机共存、共创、共赢的未来不断迈进。
