2月18日下午,一位特殊的機(jī)器人“選手”在“冰立方”進(jìn)行了冬奧會(huì)首秀：冰壺投擲表演。只見(jiàn)它一雙中“腿”支撐身體,一雙后“腿”蹬踏起踏器,用一雙前“腿”為雙“手”控制冰壺的方向和移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)速度,奮力一投,擊中目標(biāo)！

　　這位冰壺機(jī)器人“選手”是在科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)支持下,由上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授高峰領(lǐng)銜,上海交通大學(xué)與上海智能制造功能平臺(tái)有限公司組成的六足冰壺機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的,是世界上首款模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉(zhuǎn)冰壺行為方式的六足冰壺機(jī)器人。

　　世界首款模仿人投擲冰壺的六足機(jī)器人

　　冰壺比賽不僅是一次體能競(jìng)賽,也是一場(chǎng)智力博弈。因此,研究團(tuán)隊(duì)需要根據(jù)人投擲冰壺的行為特征來(lái)訓(xùn)練機(jī)器人,讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人的行為決策方式。在投擲冰壺過(guò)程中,六足機(jī)器人前部雙腿轉(zhuǎn)化為人手的功能,實(shí)現(xiàn)抱壺和旋轉(zhuǎn)壺的運(yùn)動(dòng)；中部雙腿的膝蓋和前部雙腿的肘關(guān)節(jié)復(fù)合成四點(diǎn)接觸冰面,形成人支撐腿的功能；后部雙腿蹬踏起踏器,實(shí)現(xiàn)推動(dòng)機(jī)器人加速滑行的功能,另外,在前部雙腿具有在機(jī)器人滑行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中二次擲壺來(lái)控制冰壺運(yùn)動(dòng)的方向、速度和角速度,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投壺和擊打功能。

　　“人投擲冰壺時(shí),一條腿支撐身體,另一條腿蹬踏起踏器,眼睛瞄準(zhǔn)目標(biāo),手控制冰壺的速度和方向,是一個(gè)復(fù)雜的決策行為。怎樣根據(jù)人投擲冰壺的行為特征,設(shè)計(jì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)；如何根據(jù)視覺(jué)與力覺(jué)測(cè)量的信息,辨識(shí)冰面與機(jī)器人接觸的動(dòng)力學(xué)參數(shù),從而預(yù)測(cè)機(jī)器人滑行和冰壺運(yùn)動(dòng)的軌跡；如何根據(jù)人類(lèi)投擲冰壺的決策方法來(lái)控制機(jī)器人的行為,這些都是我們開(kāi)發(fā)六足冰壺機(jī)器人遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)�！备叻褰榻B說(shuō)。

　　人類(lèi)用手控制冰壺的方向和旋轉(zhuǎn)速度、一條腿的足支撐身體、另一條腿蹬踏起踏器——上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)的六足機(jī)器人具備人類(lèi)投擲冰壺的這三種行為功能,和人投擲冰壺時(shí)手和雙足的分工非常一致。這是世界上首次出現(xiàn)模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉(zhuǎn)冰壺等行為方式的六足冰壺機(jī)器人。

　　為奧運(yùn)選手加油,在冬奧會(huì)冰壺賽場(chǎng)表演

　　冰壺14世紀(jì)起源于蘇格蘭,是當(dāng)時(shí)人們時(shí)髦的運(yùn)動(dòng)方式,從1998年開(kāi)始,冰壺被列為冬奧會(huì)正式比賽項(xiàng)目。冰壺運(yùn)動(dòng)被譽(yù)為“冰上國(guó)際象棋”, 投擲隊(duì)員半蹲在冰面上滑行,輕輕旋轉(zhuǎn)冰壺控制出手方向；兩名隊(duì)友可以在冰壺前用特制的冰刷刷冰面,以控制方向和速度,非�？简�(yàn)參與者的體能和腦力。由人主導(dǎo)的冰壺比賽能否用機(jī)器人替代？2018年平昌冬奧會(huì)后,國(guó)際上出現(xiàn)了輪式冰壺機(jī)器人,它主要是通過(guò)輪子驅(qū)動(dòng)前行的,和人投擲冰壺的行為還有所區(qū)別。

　　投擲冰壺動(dòng)作結(jié)束后,機(jī)器人從投擲冰壺的構(gòu)態(tài)轉(zhuǎn)換成站立構(gòu)態(tài),可以進(jìn)行冰面行走和尋找起踏器。

　　冰面的粗糙度和摩擦特性受冰面的制作和使用時(shí)間長(zhǎng)短的影響明顯,機(jī)器人要通過(guò)視覺(jué)和力覺(jué)檢測(cè)信息,辨識(shí)冰面的摩擦特性,來(lái)建立機(jī)器人和冰壺的動(dòng)力學(xué)模型,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特征規(guī)劃和精準(zhǔn)的冰壺投擲、擊打。

　　這款機(jī)器人在冬奧會(huì)冰壺比賽期間進(jìn)行了投擲冰壺表演,為奧運(yùn)選手加油鼓勁。

　　可當(dāng)“陪練員”,還能打“人機(jī)”冰壺賽

　　六足冰壺機(jī)器人能模仿人投擲冰壺的行為,具有視覺(jué)和力覺(jué)感知能力,能實(shí)現(xiàn)冰壺投擲運(yùn)動(dòng)的數(shù)字化,成為冰壺運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練器材,也可以輔助運(yùn)動(dòng)員投擲冰壺的決策與規(guī)劃,給運(yùn)動(dòng)員當(dāng)陪練員。在冰壺比賽間歇,冰壺機(jī)器人或人機(jī)競(jìng)賽進(jìn)行的投擲冰壺表演,也能給冰壺比賽增添不少樂(lè)趣,讓更多人喜歡上冰壺運(yùn)動(dòng),并激發(fā)青少年對(duì)科創(chuàng)的興趣。