自主滑雪機器人助力“科技冬奧”

靈活避讓障礙、身姿矯健通過旗門、人機交互並肩滑行……和機器人一起滑雪，相信大多數人都沒體驗過。近日，由上海交通大學設計研發的六足滑雪機器人在瀋陽完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪試驗，通過了穩定控制、智慧感知、規劃決策等多方面的測試。這款滑雪機器人是在“科技冬奧”的號召下，由上海交通大學高峰教授領銜，上海交通大學機械與動力工程學院和電子資訊與電氣工程學院組成的足式機器人研究團隊研製，獲得了科技部國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支援。

本次測試，滑雪機器人在400米長、坡度18度的中級雪道上，以大於10米/秒速度滑行，運用智慧感知、制動控制等技術，完成了機器人競速、轉彎、規劃路線、規避障礙以及人與機器人交互等試驗科目。除了身形靈活、姿勢優美外，它能通過無線遠端人機交互控制，在真實的滑雪環境中穿行于滑雪人群，讓大家體驗和機器人一起滑雪的樂趣。

這款滑雪機器人是六足機器人，採用雙板滑雪。中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個滑雪板上，用於控制滑雪板的位置和姿態，兩側的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模倣人，實現點杖的功能。每個滑雪板具有5個自由度，通過控制滑雪板的位姿可以實現滑雪的速度控制、轉彎和制動等功能。其不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規劃最優路線。在初級與中級雪道中的測試，滑雪機器人證明了自己具備敏捷的轉彎、制動能力和強大的自主感知、規劃能力。

滑雪對人的穩定性和靈活性要求極高，設計機器人並研發控制系統參與滑雪活動，挑戰不小。本次測試的滑雪機器人由上海交通大學自主研發，研究團隊經過多次科研攻關，在機器人性能操控、感知規劃等關鍵演算法設計上取得了創新突破，自主完成了從機構設計、系統框架、穩定控制到智慧感知、自主規劃等一系列環節的關鍵核心技術研發，最終使滑雪機器人集人機交互、環境感知、軌跡規劃、智慧決策和穩定控制于一體。

研究團隊首先進行了機器人機構設計和驅動器設計製造方面的研究，併為機器人建立了“大腦”，這個智慧系統包括動態平衡穩定控制、智慧感知和智慧規劃，通過設計智慧和行為智慧的有機融合，使得機器人能夠分析人的滑雪行為數據，模倣人的滑雪動作，適應戶外雪面的環境特性，實現了自主快速穩定地滑行。

在設計過程中，研究團隊分別以人工遙控和自主規劃的方式，在滑雪機上對機器人身高、身體俯仰角、重心前後位置、重心左右位置、左右雪板夾角、左右腿高低、左右雪板前後位置進行控制，完成速度控制和轉向控制的測試。其中，人工遙控穩定轉向滑行最高速可達3.2米/秒；自主規劃勻速直線滑行最高速可達5.17米/秒，穩定轉向滑行最高速可達2.45米/秒。

正是這些關鍵技術的集合，使這款滑雪機器人通過無線遠端人機交互控制，能在真實環境中實現在滑雪人群中穿行，在初級雪道和中級雪道完成高速滑雪和避障安全控制。它也能夠在戶外初級和中級雪道自動完成啟動、滑行、轉彎、制動，無需人為干預。

研究團隊表示：“冬奧會結束後，這款機器人還可以結合當下5G、無線網路等先進技術，通過遠端控制，實現滑雪機器人同場競技，創造電—機—競的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創造科技感十足的娛樂新風尚。”