上海交大冰壺機器人“選手”亮相冬奧會

　　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”為雙“手”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。

　　世界首款模仿人投擲冰壺的六足機器人

　　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,在前部雙腿具有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。

　　“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。

　　人類用手控制冰壺的方向和旋轉速度、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非常一致。這是世界上首次出現模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉冰壺等行為方式的六足冰壺機器人。

　　為奧運選手加油,在冬奧會冰壺賽場表演

　　冰壺14世紀起源于蘇格蘭,是當時人們時髦的運動方式,從1998年開始,冰壺被列為冬奧會正式比賽項目。冰壺運動被譽為“冰上國際象棋”, 投擲隊員半蹲在冰面上滑行,輕輕旋轉冰壺控制出手方向；兩名隊友可以在冰壺前用特制的冰刷刷冰面,以控制方向和速度,非常考驗參與者的體能和腦力。由人主導的冰壺比賽能否用機器人替代？2018年平昌冬奧會后,國際上出現了輪式冰壺機器人,它主要是通過輪子驅動前行的,和人投擲冰壺的行為還有所區別。

　　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。

　　這款機器人在冬奧會冰壺比賽期間進行了投擲冰壺表演,為奧運選手加油鼓勁。

　　可當“陪練員”,還能打“人機”冰壺賽

　　六足冰壺機器人能模仿人投擲冰壺的行為,具有視覺和力覺感知能力,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,也可以輔助運動員投擲冰壺的決策與規劃,給運動員當陪練員。在冰壺比賽間歇,冰壺機器人或人機競賽進行的投擲冰壺表演,也能給冰壺比賽增添不少樂趣,讓更多人喜歡上冰壺運動,并激發青少年對科創的興趣。