joao ramos（中心），愛馬仕（左）的共同發明人，小愛馬仕（右）。

從燃燒的建筑物，化學泄漏或人類響應者無法訪問的任何災難中拯救受害者可以有一天可以成為彈性，適應性機器人的使命。例如，想象一下，救援機器人可以通過所有四個通過瓦礫綁定，然后在兩條腿上上升，以推開沉重的障礙物或突破鎖定的門。

工程師正在進行四條腿機器人的設計和運行能力，跳躍甚至反過來的設計。但是得到雙腿，人形機器人施加力量或推動某些東西而沒有下降一直是一個重要的絆腳石。

現在，MIT和伊利諾伊大學的工程師在Urbana-Champaign開發了一種控制雙腿漫步機器人的平衡的方法 - 使人形能夠在挑戰環境中開展高影響任務的重要步驟。

球隊的機器人，物理上類似機加工的軀干和兩條腿，由穿著背心的人類操作員遠程控制，該背心將關于人類運動和地面反作用力的信息傳遞給機器人。

通過背心，人類運營商可以直接引導機器人的運動并感受機器人的動作。如果機器人開始提示，則人們感覺到背心上的相應拉動，并且可以以一種方式調整，以便同步地重新平衡機器人。

在使用機器人測試這種新的“平衡反饋”方法的實驗中，研究人員能夠遠程維護機器人的平衡，因為它與其人工操作員同步地走進來。

“這就像用沉重的背包跑步一樣 - 你可以感受到背包的動態如何在你身邊移動，你可以妥善賠償，”Joao Ramos說，作為麻省理工學院的博士后的方法。“現在，如果你想打開一個沉重的門，人類可以命令機器人把身體扔在門口并推動它打開，而不會失去平衡。”

RAMOS是伊利諾伊州伊利諾伊大學伊利諾伊大學助理教授，詳細介紹了今天在科學機器人中出現的研究的方法。他的共同作者在該研究中是MIT機械工程副教授的Sangbae Kim。

超過運動

以前，金和拉莫斯建立了雙腿機器人愛馬仕（用于高效的機器人機構和機電系統），并開發了一種通過漫游化模仿操作者的運動的方法，這是研究人員所說的若干人文優勢的方法。

“因為你有一個可以在飛行中學習和調整的人，機器人可以執行它在[通過遠程操作]之前從未實施過的動作，”拉莫斯說。

在示威中，愛馬仕將咖啡倒入杯中，揮舞著斧頭砍木頭，并處理滅火器放火。

所有這些任務都涉及機器人的上半身和算法，以將機器人的肢體定位與其操作員的上半身定位相匹配。 Hermes能夠進行高沖擊動作，因為機器人根本到位。在這些情況下，平衡更簡單，以維持。然而，如果機器人被要求采取任何步驟，則可能傾向于模仿操作員的動作。

“我們意識到以產生高力或移動重物，只是復制動作是不夠的，因為機器人會很容易地崩潰，”金說。“我們需要復制操作員的動態余額。”

進入小愛馬仕，一個普通人成年人大約三分之一的美斯的微型版本。該團隊設計了機器人，只需軀干和兩條腿，并專門設計系統，專門用于測試低于身體任務，例如運動和平衡。與其全身體對應物一樣，小愛馬仕專為漫步而設計，操作員適合在背心中控制機器人的動作。

對于機器人來復制運營商的平衡而不是他們的動議，必須首先找到一個簡單的方式來代表余額。拉莫斯最終意識到，可以將平衡剝離到兩種主要成分：一個人的質量中心及其壓力中心 - 基本上，地面上的一個點，其中相當于所有支撐力的力。

發現與壓力中心相關的群心的位置，Ramos發現，直接涉及一個人在任何給定時間的平衡。他還發現，這兩種成分的位置可以物理地代表為倒置鐘擺。想象一下，扎根于同一點，從一邊到一側搖曳。效果類似于顛倒擺錘的搖曳，頂端代表人類的質心（通常在軀干中）和底部表示其在地面上的壓力中心。

沉重的舉重

為了定義質量中心如何與壓力中心相關，拉莫斯聚集了人類運動數據，包括實驗室的測量，他來回搖擺，走進去，跳過一個力板，測量他施加在地面上的力量作為他的腳和軀干的位置被記錄出來。然后，他將該數據縮小為質量中心和壓力中心的測量，并開發了一種模型，以與另一個相對于另一個相對于另一個。

然后，他開發了第二種模型，類似于人類平衡的模型，但縮放到較小，更輕的機器人的尺寸，并且他開發了一種控制算法來鏈接和啟用兩種模型之間的反饋。

研究人員測試了這一平衡反饋模型，首先是在實驗室內建造的簡單倒立擺，以梁的形式大致與小愛馬仕相同的高度。它們將光束連接到他們的漫步系統，并且響應于操作員的運動，沿著軌道來回搖擺。當操作員搖曳到一側時，光束同樣地形成 - 操作者也可以通過背心感受的運動。如果光束搖曳太遠，則操作員感覺拉動可以傾向于補償，并保持光束平衡。

實驗表明，新的反饋模型可以在梁上保持平衡，因此研究人員然后在小愛馬仕上嘗試了模型。他們還開發了一種機器人的算法，可以自動將簡單的平衡模型轉換為其腳部必須產生的力量，以復制操作員的腳。

在實驗室里，拉莫斯發現，當他穿背心時，他不僅可以控制機器人的動議和平衡，而且他也可以感受到機器人的動作。當機器人用錘子從各個方向撞擊時，拉莫斯在機器人移動的方向上覺得背心挺舉。拉莫斯本能地抵制了拖船，該機器人注冊為與壓力中心相關的質量中心的微妙轉變，其反過來模仿。結果是機器人能夠保持傾翻，即使在重復吹到其身體中也是如此。

小愛馬仕還模仿拉莫斯在其他練習中，包括跑步和跳躍到位，并且在不平坦的地面上行走，同時保持其平衡而無需采取效力或支持。

“平衡反饋是一件難以定義的，因為它是我們沒有思考的事情，”金說。“這是第一個為動態動作正確定義了第一次余額反饋。這將改變我們如何控制遠程動物的人形。“

Kim和Ramos將繼續在開發一個具有類似平衡控制的全身人形，一天能夠通過災區疾馳，并以推開障礙作為救援或救贖任務的一部分。

“現在我們可以做重門打開或抬起或拋出重物，具有適當的平衡通信，”金說。

讀取雙腿機器人模仿人類運營商，以力反饋外骨骼套裝，了解有關本發明的更多信息。

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參考：Joao Ramos和Sangbae Kim撰寫的“雙足機器人和人類操作員通過雙邊反饋遠程操作實現的動態運動同步”，科學機器人，2019年10月30日，DOI：
10.1126 / scirobotics.aav4282

這項研究部分得到支持，部分由Hon Hai Precision Industry Co. Ltd.和Naver Labs Corporation。