一种在四足机器人中实现稳健运动的新方法

机器人研究的主要挑战之一是开发有效且灵活的控制系统，使机器人能够在各种环境中进行导航并处理意外事件。奥斯陆大学的研究人员最近开发了一种用于稳健的四足机器人运动的演化体现相位协调技术。他们的工作在arXiv上发表，部分由挪威研究理事会赞助。

“对于我们来说，激励因素是观察到我们在仿真中训练的一些机器人行为在真实机器人上进行测试后无法正常运行，”参与该研究的研究人员之一JørgenNordmoen告诉TechXplore。“这种观察是众所周知的挑战，通常被称为'现实差距'，我们希望看看使用传感器数据是否有助于克服这一挑战。”

为了有效减少机器人研究中经常出现的“现实差距”，Nordmoen和他的同事希望将中央模式发生器(CPG)与机器人身体和传感器的反馈结合起来。CPG是在机器人中产生节奏波动或运动模式的常用方法，可用作运动的基础。人工CPG受到动物脊髓的启发，已知动物的脊髓包含在没有感觉信息的情况下产生节律信号的神经元。

“CPG的培训相对简单，但是，它们本身并不包含有关外部世界的任何信息，”Nordmoen说。“我们的主要目标是看看我们是否能够成功地将复杂的CPG网络与具体的相位协调相结合，并且如果传感器数据的整合可以改善机器人在现实世界中的表现。”

体现相位协调技术通过感测机器人在其每个脚中施加的压力来工作，使用该测量来控制其腿的同步。在他们的研究中，研究人员采用了一种称为TEGOTAE的简约方法，该方法使用传感器反馈来实现机器人腿之间的紧急相位耦合。

通常，在有腿的机器人中，每条腿明确地与其他腿协调，这意味着腿总是知道其他腿的相对位置。相比之下，在Nordmoen及其同事设计的具体阶段协调方法中，每条腿与其他腿分离，身体本身隐含地强制腿之间的同步。研究人员添加的足压传感器可实现隐式同步，最终增强机器人的协调性。

“我们的方法使用比其他方法更复杂的CPG，利用体现相位协调并在更复杂的机器人上进行实验，”Nordmoen说。“此外，我们使用进化优化算法训练CPG ，它与体现的相位协调一起允许步行节奏自动适应机器人和环境。”

(a)显示了标有关节的机器人腿的视觉表示。(b)显示关节0和关节1的示例控制曲线，而(c)显示关节2的示例控制曲线。信用：Nordmoen等。

在他们的研究中，研究人员将他们的方法应用于DyRET，这是一种具有哺乳动物形态的四足机器人。他们首先在模拟中训练四足机器人，然后将他们的测试转移到现实世界，以验证训练是否有效。这允许他们在将其应用于真实场景之前评估他们的技术，而不会对机器人造成损害。

“实际上，我们的工作可能会导致腿部机器人更好地适应周围环境，从而处理不同的环境，”Nordmoen说。“这包括促进机器人控制器从模拟到现实世界的转移。正如我们在论文中所写，有腿机器人有可能帮助用户的条款，与轮式机器人相比，用户需要进行调整。 “

Nordmoen及其同事设计的技术可以促进具有更强大的运动技能的机器人的发展。在未来，其他研究人员可以将该方法整合到他们的机器人中，或者从这项研究中汲取灵感，以开发类似的技术。根据Nordmoen的说法，将传感器反馈整合到腿式机器人中的困难以及这种新的体现相位协调方法的简单性可能是未来研究的一个很好的起点。

“我们目前正致力于更好地理解体现相位协调的机制，”他补充说。“这有望使我们能够改进概念并产生更好的运动策略。此外，我们希望看到如果机器人本身发生变化，如何影响体现的相位协调。通过我们独特的机器人DyRET，我们有能力改变机器人的形态，可以测试这些变化将如何影响我们的方法。“