超越波士顿动力？这款四足机器人已可以挑战恶劣环境

2019 年 1 月 19 日 机器之心

机器之心报道

机器之心编辑部

波士顿动力的机器人不仅可以跳跃、开门，抵抗摔倒，甚至还可以在自然环境中「跑酷」，其超前的寻路算法功不可没。这样的技术真的领先业界十年吗？最近，一家瑞士公司放出了其开发的 ANYmal 的 Demo 视频，看起来这款机器人要对标波士顿动力的 SpotMini，而且比起后者更加强大。

ANYmal 是由 ANYbotics 推出的机器人，后者是一家源自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的公司。这款机器人「四肢」非常灵活：可以保持站立、爬行、快跑、跳跃、从跌倒中爬起、爬楼梯、穿越/清除障碍物。它的软件似乎比波士顿动力公司演示的机器人更具适应性，甚至已经引发了 Andrej Karpathy 等人工智能学者的关注。

这家公司还开源了机器人的寻路算法代码：https://github.com/anybotics/elevation_mapping

ANYmal 是一种独一无二的机器人，它『四肢』健全，能够克服恶劣的环境。

工业场所的检查和监视任务重复单调、环境脏乱差，还有一定的危险性。为此，瑞士苏黎世的 ANYbotics 团队设计了机器人「ANYmal」来解决这个问题。ANYmal 具有四肢，可以自主完成这些任务，可携带复杂的传感器设备到任何感兴趣的地点去。它独特的 ANYdrive 系统提供了非凡的移动性，使 ANYmal 能够在恶劣环境中作业。

移动机器一直都有代替人类在危险工业场所作业的潜能，但只有近来机器人方面所取得的进展才赋予了它们这种能力。工业场所的物理布局，包括楼梯、缝隙和其它障碍物都增加了作业的复杂性，使得传统的轮式或履带式机器人无法使用。虽然无人机可以克服其中的一些困难，但它们无法在恶劣天气里操作，而且其有效负载能力和能量自主性有限。

为此，ANYbotics 团队推出了一项激动人心的解决方案：ANYmal。这是一款非常复杂的四足机器人，专为解决恶劣工业环境中的挑战而设计。它的体积和中等大小的狗差不多，体重为 30kg。它结合了高端计算机系统和稳健的硬件。为了在不同的恶劣环境中自主作业，它配备了传感系统来执行搜索和援救行动、检查和其它监视任务。

动态移动性的挑战

ANYmal 诞生于对在工业场所等环境中轻松克服地形障碍的机器人的需求。ANYbotics 团队集中于增强机器人的移动性、运动能力和稳健性，同时确保机器人能被安全控制，并易于由单个操作人员维护。

四足设计可以提供最佳的移动性和多功能性，但它们的腿不能像大多数机器臂一样由经典的机械齿轮系统操控。这种类型的致动器（负责移动和控制装置或负载的机器组件）只能产生缓慢和静止的运动（即保持平衡）以减少当两个物体碰撞时发生的冲击力，例如当机械腿接触地板。

机器人研究社区提出了多种解决方案来应对这个问题。一种有潜力的方案是系列弹性致动器（SEA）。这些兼容致动器的设计受到了大自然的启发：肌腱和肌肉协同控制力量。SEA 可被描述为通过弹簧或弹性元件来将致动器连接到负载。这种聪明的设置使得力量可以被精确控制，随着弹簧的拉伸或收缩它可以提供所用力的信息。此外，弹簧还能吸收冲击，这增加了它们对震动的承受能力。它还可以在运动过程中暂时保存能量，增加能效和峰值功率。

ANYdrive：一种强大的扭矩可控机械关节

ANYbotics 团队为 ANYdrive 开发了定制的 SEA 装置，这是一种紧凑、紧密集成且密封的致动器模块，包含定制控制电子元件。ANYdrive 可以直接调节关节扭矩、位置和阻抗，无需任何额外组件。以 ANYdrive 为基础，机器人将易于制造、组装和维护。如果发生故障，维护人员可以快速轻松地更换 ANYdrive 关节。

ANYdrive 装置使 ANYmal 独一无二。每条腿有三个这样的关节装置，允许大范围的运动：髋关节外展/内收、髋关节屈曲和膝关节屈曲/伸展。它们使得 ANYmal 可以走路、小跑和跳跃，以及走路和爬楼梯。这些关节可以完全旋转，允许腿转到头顶，以防止与地面或侧轨碰撞，以及确保机器人能在跌倒后起来。

从实验室中走来

ANYmal 的突破性技术始于苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）自动系统实验室的机器人研究组，据称已经经过了 9 年的研究。其首次崭露头角是在法国道达尔石油公司举办的油气自动机器人挑战赛上，ANYmal 展示了在恶劣地形中导航和移动的能力。在有潜在风险的近海环境中，ANYmal 在多层工业石油和天然气生产平台上安全完成了很多自动监视和控制任务。

自此之后，研究小组成立了 ANYbotics，将这一机器人商用化。

协作研究社区

ANYbotics 团队与其他伙伴一起成立了协作研究社区「ANYmal Research」来开发和分享软件与其它信息，以提高和扩展 ANYmal 机器人的能力。社区成员包括丰田研究所（Toyota Research Institute）、德国航空航天中心（DLR）、英伟达（计算机硬件和软件）以及一些有名望的大学。该社区可以完全访问 ANYmal 的控制软件、模拟、文档和社区支持。

ANYmal 的特征和能力

ANYmal 的软硬件模块设计简化了设置和维护。从物理层面上来看，它的主体是一个碳纤维轻量级身体，有 12 个完全一样的关节装置（由简单的机械连接串联起来）。它通过雷达传感器、双声道和广角摄像机感知环境，橡胶脚垫中的传感器提供触觉信息。其有效负载根据应用而不同，可以是简单的传感器，也可以是复杂的机械臂操作。对于工业检查，ANYmal 的头部配备带有多个传感器的云台（pan-tilt），包括光学变焦摄像头和热成像摄像机、瓦斯检测器、瓦斯泄露检测超声波麦克风、人工 LED 照明。

ANYmal 从半米高的地方跌下来不会死机，传感器均配有防坠落保护装置，泡沫橡胶可以吸收坠落的影响，凯夫拉尔纤维能够避免机器人受到底部尖锐物体的伤害。机器人主体配有计算机、电池、网络设备、电力管理系统和导航传感器。它防水、防灰尘，符合 IP-67 标准。一次充电，ANYmal 可自动运行 2-4 小时。

ANYmal 强大的大脑就在主体中，包括用于位置控制、定位、绘制地图和特定任务的多台计算机。所有电子组件都与散热板相连，以避免器件过热。ANYmal 的软件基于开源机器人运行系统（ROS）构建，允许快速集成到现有框架和可用软件的重用。

在 ANYbotics 官网上，ANYmal 机器人的部分参数。

现实世界能力

ANYmal 已被证实具备在恶劣环境中工作的能力，因此它可用于大量实际应用。它可以在粗糙的室外环境中行动：爬管道、走楼梯。这使得 ANYmal 可以完美适应工业平台，如在矿井、工地或偏远地区巡逻。ANYmal 在工业界的应用将不仅能够提升效能、减少运作成本，还可以减少个人、设备和环境的风险。此外，ANYmal 可以帮助灾难救援队进行更安全的搜索和营救，同时也支持其他涉及人类交互的活动。

ANYmal 还被用于娱乐业，如博物馆、游乐场和剧场。