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(zhuǎn)速度，奮力一投，擊中目標(biāo)！上海交通大學(xué)18日發(fā)布消息稱，由上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(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有限公司組成的六足冰壺機(jī)器人研究團(tuán)隊研發(fā)的一款機(jī)器人“選手”在“冰立方”進(jìn)行了冬奧會首秀：冰壺投擲表演。

　　這位冰壺機(jī)器人“選手”得到了科技部國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項支持，是可以模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉(zhuǎn)冰壺行為方式的六足冰壺機(jī)器人。

　　冰壺起源于蘇格蘭，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(yù)為“冰上國際象棋”，投擲隊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?？简瀰⑴c者的體能和腦力。2018年平昌冬奧會后，國際上出現(xiàn)了輪式冰壺機(jī)器人，它主要是通過輪子驅(qū)動前行的，和人投擲冰壺的行為還有所區(qū)別。

　　“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(zhǔn)目標(biāo)，手控制冰壺的速度和方向，是一個復(fù)雜的決策行為。怎樣根據(jù)人投擲冰壺的行為特征，設(shè)計機(jī)器人的結(jié)構(gòu)；如何根據(jù)視覺與力覺測量的信息，辨識冰面與機(jī)器人接觸的動力學(xué)參數(shù)，從而預(yù)測機(jī)器人滑行和冰壺運動的軌跡；如何根據(jù)人類投擲冰壺的決策方法來控制機(jī)器人的行為，這些都是我們開發(fā)六足冰壺機(jī)器人遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)。”高峰介紹說。

　　人類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)計的六足機(jī)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(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。

　　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(tuán)隊需要根據(jù)人投擲冰壺的行為特征來訓(xùn)練機(jī)器人，讓機(jī)器人實現(xiàn)人的行為決策方式。

　　在投擲冰壺過程中，六足機(jī)器人前部雙腿轉(zhuǎn)化為人手的功能，實現(xiàn)抱壺和旋轉(zhuǎn)壺的運動；中部雙腿的膝蓋和前部雙腿的肘關(guān)節(jié)復(fù)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(xiàn)推動機(jī)器人加速滑行的功能。此外，在前部雙腿具有在機(jī)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(xiàn)精準(zhǔn)投壺和擊打功能。

　　投擲冰壺動作結(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間長短的影響明顯，機(jī)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(jī)器人和冰壺的動力學(xué)模型，從而實現(xiàn)機(jī)器人運動特征規(guī)劃和精準(zhǔn)的冰壺投擲、擊打。這款機(jī)器人在冬奧會冰壺比賽期間進(jìn)行了投擲冰壺表演，為奧運選手加油鼓勁。

　　據(jù)介紹，六足冰壺機(jī)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(xiàn)冰壺投擲運動的數(shù)字化，成為冰壺運動員日常訓(xùn)練器材，也可以輔助運動員投擲冰壺的決策與規(guī)劃，給運動員當(dāng)陪練員。在冰壺比賽間歇，冰壺機(jī)器人或人機(jī)競賽進(jìn)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(fā)青少年對科創(chuàng)的興趣。(完)