11月20日，騰訊公布了其在移動機器人研究方面的新進展：自平衡輪式移動機器人和四足移動機器人Jamoca首次對外亮相。

  據悉，Jamoca 是國內首個能完成走梅花樁復雜挑戰的四足機器人，而自平衡輪式移動機器人的相關研究成果還入選了機器人行業的頂級會議 IROS 2020。

  這兩項進展均來自騰訊Robotics X實驗室，屬于移動方向上的技術突破，也是機器人最基礎的能力之一。

  據了解，騰訊Robotics X實驗室于2018年成立，致力推進人機協作的下一代機器人研究，打造虛擬世界到真實世界的載體與連接器。

  目前實驗室主攻移動、靈巧操作和智能體等三大通用機器人技術的研究與應用，并聚焦于多模態移動機器人的研發。

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  靜止、行進均能自主保持平衡的輪式機器人

  △自平衡輪式移動機器人的硬件平臺完全由騰訊Robotics X自研，重約15公斤，長1.15米，高0.52米

  此次亮相的自平衡輪式移動機器人，也可稱之為自平衡自行車，是騰訊 Robotics X 實驗室的首個整機自研機器人。它在傳統輪式移動機器人的基礎上，增加了動量輪及其電機驅動系統，使得機器人可以在靜止及行進狀態下均保持平衡不倒。

  據悉，該機器人的控制能力又可以細分為行進中的動態自平衡和停止行進時的靜態自平衡。行進中的動態自平衡是依靠前把轉動進而帶動車身的轉動實現，而停止行進時的靜態自平衡則采用動量輪力矩平衡技術，應用角動量守恒的原理實現自平衡控制。

  依靠平衡算法，即使受到一定的外界干擾，騰訊自平衡輪式移動機器人仍然可以在保持自平衡狀態的同時，實現平穩地向前行駛。機器人在不同的路面狀況下，例如遇到上下坡時，也都表現出了較好的運動能力和平衡性能。甚至對于行駛路徑上存在特定約束的情況，比如沿著獨木橋行駛的場景，它也能從容應對。

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  四足移動機器人 Jamoca 能走、能跑、能跳，可挑戰梅花樁復雜地形

  四足移動機器人，更常見的一個名字是機器狗。騰訊Robotics X實驗室在外部提供的本體之上，基于自研的機器人控制技術，為Jamoca打造了一個能應對復雜環境的智能大腦。這個大腦讓Jamoca能行走、小跑和跳躍，并賦予了它自主定位和避障的能力。

  Jamoca 本體基于外部提供的硬件平臺改裝，重約70公斤，長1米、寬0.5米、站高0.75米

  此次Jamoca完成的挑戰由高60厘米、呈20°斜面角度的臺階和鄰樁最大高度差16厘米、間距不等的梅花樁兩部分組成。

  據騰訊Robotics X實驗室研究員介紹，和國際上其他四足機器人走木塊的場景比較，此次Jamoca所挑戰的梅花樁落腳面積更小、高度更高，并有臺階的組合，實現的難度要更大。

  其中，考驗機器人移動能力的難點主要有兩個：理解梅花樁的排布(包括位置和高度)、選擇最佳落腳點及路線并穩定精準地行走(落腳到梅花樁中心點)。

  這正對應了實驗室在移動技術方面鉆研的的兩個核心技術模塊：感知、運動規劃與控制;同時二者通過實驗室的另一核心技術模塊：整機系統設計與搭建，實現了系統性的集成融合。

  從Jamoca挑戰的結果看，騰訊Robotics X實驗室已經達到了極高的技術標準——誤差1厘米內的感知定位、根據環境進行的10毫秒級路線規劃、基于動力學的1KHz實時力矩控制、梅花樁中心點1厘米內的落腳誤差，以及全系統的高度協同。

  在精準環境感知方面，Jamoca創新性地實現了魯棒的眼腳標定，并利用RGB-D相機對周圍環境進行實時的感知。通過特征點匹配的方式，對 Jamoca 自身的運動軌跡進行在線跟蹤，并將基于視覺的定位信息與基于運動學的里程計信息和 IMU(Inertial measurement unit，慣性測量單元) 數據進行融合，提高了定位追蹤的精度和頻率。

  同時利用算法識別和提取出臺階和梅花樁的表面區域范圍和中心點位置，將定位和識別的數據進行融合，從而重建出整個三維運動場景。

  在最優運動線路規劃和實時的運動控制方面，Jamoca基于感知系統實時感知到的機器人本體及梅花樁位置信息，基于質心動力學，實現在線的質心軌跡生成和落腳點規劃。

  在保證機器人的四條腿可以安全地踏到下一步的梅花樁的同時，優化出一條本體移動長度最短、綜合耗力最小的運動軌跡，并且可以在線持續地進行上述運動規劃。

  同時，基于實時的本體狀態估計，Jamoca 能夠結合質心動力學模型來構建優化問題，實時求解機器人足端所需的地面反作用力，并結合反饋控制實現精準魯棒的實時力控，可完成行走、對角小跑以及跳躍等的運動控制。

  不同于預先設計好規則之后做重復的運動的工業機器人，Robotics X 實驗室更關注機器人有意識、有判斷的自主特性研究，目的就是要在有很大不確定性的動態環境里，能夠實現機器人的自主判斷、自主決策，并自主完成任務。

  現階段，Jamoca主要用于實驗室內部科研實驗。它的在線環境感知、最優運動規劃和實時運動控制等能力，未來將幫助騰訊其他機器人產品更好地適應復雜的現實環境。

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