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人形机器人踢“世界杯”有经验!主动躲避摔伤风险,跟踪目标精准进球

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机器人也踢世界杯?而且还是每年一次?

见过了各种跑酷、跳舞、翻跟头的人形机器人,机器人会踢足球似乎也不是什么新鲜事了。不过有这样一个竞赛,每年都把全世界的人形机器人集结起来,一决高下,还是值得围观一看的。


众所周知,RoboCup是国际上最具水平和影响力的机器人赛事,它每年举行一次,不仅具有很强的趣味性、科普性与观赏性,还为机器人学、人工智能、多智能体系统、模式识别、计算机视觉等前沿学科提供了理想的仿真与实验平台。


在最近几年的RoboCup中,一只队伍突出重围,连续几年都取得了不菲的成绩,来看看它在球场的精彩时刻:

赛前准备,先探头探脑的观察下地形:


上场后立马锁定足球,敢和我抢球?撞倒你!


团团围住,准备射门:


诶?差一点就进球了?

队友帮忙补一脚,球进啦!


这是由德国汉堡大学制造的WF Wolves战队,它是一个专为 RoboCup 设计的开源人形平台,他们没有使用RoboCup中常见到的圆头圆脑的达尔文型机器人,而是开发了自己的战队机器人,在灵活性、稳定性上都得了很大的提升。


▍足球运动员的养成第一步:扛摔

要成为一名合格的“足球运动员”,机器人首先要扛得住摔,那就要在硬件上下功夫。

抗摔的第一步:体重不能太重。

WF Wolves机器人的制作材料为碳纤维,这是一种非常轻便的材料,可以保证机器人的轻盈体态;其次,机器人由许多3D打印组件制成,可以简单地进行快速原型制作。

抗摔的第二步:关节缓冲,以免“骨折”。

机器人的膝盖使用扭矩弹簧来减少关节的负荷,头部和肩膀均采用了3D打印的弹簧元件,允许关节在受到冲击时移动,以免损坏电机。


抗摔的第三步;主动避免伤害。

即便有了轻盈的体态和弹性关节,如果受到强烈撞击让机器人直挺挺的倒在地面上,那依然无法避免损害。研究人员利用了故障检测算法,一旦检测到机器人受到撞击摔倒,会立刻将手臂移到安全位置,主动避免伤害。


▍要么不跌倒,跌倒也要立刻站起来

抗摔设计是必须的,不过当在球场上受到撞击时,机器人最好不要跌倒,可以继续走路并保持平衡,WF Wolves在这方面也表现的很好,研究人员用一个装满的大桶水以一定的加速度撞击正在踏步走的WFWolves,来测试它是否能够承受一定的撞击力。


虽然机器人有点向后仰的趋势,但总体看来还不错。

此外,还对WF Wolves进行了反应力测试,就是测试它是否能在摔倒后立刻站起来。

研究人员毫不客气踢了WF Wolves的屁股一脚,机器人倒下去的同时“下意识”的立刻缩回手,避免胳膊关节受损:


之间它趴在地上的下一秒,手臂来了个360度转体,以跪卧的方式站起身来:



(图片是没有加速过的哦)

不同的倒地方式丝毫不会影响机器人的快速反应并站立起身的能力,如果是后仰倒地,机器人可以“鲤鱼打挺”站起来:



侧面倒下去也没问题:



▍跟踪目标,准确进球

底层基础建好了,可别忘记足球赛最重要的是得分。

在踢球时,机器人需要区分场上障碍物和目标足球之间的区别,对于我们人类来说,这听起来微不足道,但机器人一开始并没有将足球视为足球的概念。


研究人员利用卷积神经网络为球场提供了更多定位,可以检测到足球、球场界限、球门柱等,用De-Noise去噪以提高足球检测,避免运动模糊。


机器人不完全依赖于视觉系统,为了防止机器人忘记了球的位置,在不依靠视觉的情况下,研究人员开发了一种基于粒子滤波器来更可靠的跟踪足球,这样即使WF Wolves没有看到球门,也能知道将球踢往哪里。


WF Wolves是一个开源的机器人项目,更多资料戳:

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

https://bit-bots.de/en/

https://www.youtube.com/watch?v=16JhWl9DK6A

END

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