谈一谈腾讯Robotics X实验室研发的轮腿式机器人Ollie

从机器人设计研发的角度，拆分一下腾讯Robotics X发布的这款机器人的技术亮点。

看到这个轮腿式机器人，我眼前一亮，有一种惊艳的感觉。

下面，我从机器人设计研发的角度，拆分一下腾讯Robotics X发布的这款机器人的技术亮点。

作为一个机器人项目的研发核心人员，结合自身的研发经历，我试着画了一下这款机器人的技术路线图。这样可以从整体上给大家一个直观印象。具体的研发路线图，见下图。如果你参与过类似轮腿式机器人的研发，对这个技术路线图一定不陌生。

轮腿式机器人Ollie研发技术路线图

一般来说，要对一个机器人进行控制，首先要建立起机器人的运动学和动力学模型。但是，轮腿式机器人是一个极其复杂的非完整约束多刚体动力学系统，模型复杂、非线性、强耦合，动态稳定性控制算法复杂、运动轨迹规划和协调作业等都有很高的技术难度，需要建立运动学和动力学支持的3D虚拟样机仿真系统，并在此基础上进行机构分析优化、运动轨迹规划、运动控制算法以及各种路面上的运动学和动力学仿真实验和验证。

因此，轮腿式机器人Ollie第一技术亮点是：非完整约束下的动力学系统建模、求解和仿真。

本质上讲，这个非线性、强耦合的动力学模型是一个非常复杂的数学问题。

第二个技术亮点是：非线性系统的快速动态稳定平衡控制以及运动控制

动态运动规划一般是在假设机器人模型和确定性环境的情况下生成的。实际上，轮腿式机器人本体就处在一个动态不平衡的非状态，需要实时进行平衡控制。因此，必须根据当前的环境信息和机器人当前的自身状态，对机器人状态进行动态修正，进行实时控制，是这款轮腿式机器人的关键技术难点之一。

轮腿式机器人的控制系统构成

在实际研发过程中，在制作样机之前，进行虚拟仿真也是一个不可缺少的过程，进而验证设计方案，并根据结果优化方案。在这个阶段，我一般使用动力学仿真软件Adams和Optistruct联合仿真，分析机器人在不同路面下运动及结构受力情况，研究机器人结构应力分布，验证结构设计以及控制系统设计的合理性并优化。

不同路面下轮腿式机器人的仿真

通过仿真分析，从中找到动态稳定平衡控制、传感与控制的规律，并应用到轮腿式机器人的系统设计与集成，进而实现对多自由度、强耦合、非线性、非完整约束、与地面相互作用的复杂动力学系统的分析，探索其中的规律，进行基于环境感知的实时稳定快速运动控制。

第三个技术亮点：轮腿式机器人协调作业规划。

机器人根据外界环境的情况，结合自身当前的状态，跟变形金刚一样选择不同的作业形态，同时，还有兼顾自身的动平衡。

不同的作业形态策略要求全身协同完成的动作也不一样，这就需要协调作业规划，保证机器人作业时稳定和动作间的平滑与连贯。机器人是移动的，而且为了保持自身稳定，在实时反射控制中也会对轮腿进行微调，导致机器人重心位置的变化。

机器人运动作业时，既要考虑形态重心的变化，又要考虑手臂作业的可达性，还要兼顾到机器人自身的平衡。因此，进行全身协调规划作业也是本项目的难点之一。

第四个技术亮点：面向快速作业的轻量化机电集成设计

轮腿式机器人不仅对一体化关节、视觉系统、灵巧手臂等各个感知与控制单元提出了轻量化、小型化和高实时响应能力的要求，而且对综合这些单元的整体机电系统集成提出了极高的要求。高实时响应的轻量化机电集成并不是简单的关键技术和核心单元的叠加，而是必须进行详细的总体需求分析，设计并优化机械、电气和软件等接口和协议，建立快速处理的控制体系，并按照总体设计对各项关键技术和各个核心单元进行有机协调与整合，研究开发集机构、控制、电源、传感器、驱动等于一体的快速灵巧机器人。系统的有机整合也是本机器人的技术难点。

以上都算是轮腿式机器人Ollie的技术亮点。下面分析一下它的不足之处。

第一，运动下的负载大小，在实验过程中，没有给出。这一点关系到今后这个产品的应用场景。

第二，在作业臂工作的时候，需要尾部的一个支撑轮落地支撑，并配合作业。可以看出，轮足式机器人Ollie的动平衡状态的冗余度和鲁棒性还有待提高。