六足機器人在冰立方測試 本文圖片均為 上海交大 供

2月18日下午，一位特殊的機器人“選手”在“冰立方”進行了冬奧會首秀：冰壺投擲表演。只見它一雙中腿支撐身體，一雙后腿蹬踏起踏器，用一雙前腿控制冰壺的方向和移動與旋轉速度，奮力一投，擊中目標。

這位冰壺機器人“選手”是在科技部國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支持下，由上海交通大學機械與動力工程學院教授高峰領銜，上海交通大學與上海智能制造功能平臺有限公司組成的六足冰壺機器人研究團隊研發的，是世界上首款模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉冰壺行為方式的六足冰壺機器人。

“人投擲冰壺時，一條腿支撐身體，另一條腿蹬踏起踏器，眼睛瞄準目標，手控制冰壺的速度和方向，是一個復雜的決策行為。怎樣根據人投擲冰壺的行為特征，設計機器人的結構；如何根據視覺與力覺測量的信息，辨識冰面與機器人接觸的動力學參數，從而預測機器人滑行和冰壺運動的軌跡；如何根據人類投擲冰壺的決策方法來控制機器人的行為……這些都是我們開發六足冰壺機器人遇到的技術挑戰。”高峰介紹說。

機器人尋找起踏器從站立轉換成投壺狀態

人類用手控制冰壺的方向和旋轉速度、一條腿支撐身體、另一條腿蹬踏起踏器——上海交通大學設計的六足機器人具備人類投擲冰壺的這三種行為功能，和人投擲冰壺時手和雙足的分工便做到了一致。

冰壺比賽不僅是一次體能競賽，也是一場智力博弈。因此，研究團隊需要根據人投擲冰壺的行為特征來訓練機器人，讓機器人實現人的行為決策方式。在投擲冰壺過程中，六足機器人前部雙腿轉化為人手的功能，實現抱壺和旋轉壺的運動；中部雙腿的膝蓋和前部雙腿的肘關節復合成四點接觸冰面，形成人支撐腿的功能；后部雙腿蹬踏起踏器，實現推動機器人加速滑行的功能，另外，前部雙腿可在機器人滑行運動過程中二次擲壺來控制冰壺運動的方向、速度和角速度，實現精準投壺和擊打功能。

機器人從投壺轉換成站立和行走狀態

投擲冰壺動作結束后，機器人從投擲冰壺的構態轉換成站立構態，可以進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間長短的影響明顯，機器人要通過視覺和力覺檢測信息，辨識冰面的摩擦特性，來建立機器人和冰壺的動力學模型，從而實現機器人運動特征規劃和精準的冰壺投擲、擊打。

在冬奧會冰壺比賽期間，這款機器人還進行了投擲冰壺表演，為奧運選手加油鼓勁。此外，六足冰壺機器人能實現冰壺投擲運動的數字化，成為冰壺運動員日常訓練器材，也可給運動員當陪練員，輔助運動員投擲冰壺的決策與規劃。