上海交通大学高峰团队研发六足导盲机器人听觉触觉和力觉交互方式

据中国盲人协会公布的数据显示，目前我国视障人士群体约为1700万至1731万之间，而现役导盲犬的数量却仅有400只左右，远远不能满足视障人士的需求。四足机器人作为导盲犬的最佳替代品，近几年开始逐渐被人们所关注，此前杭州亚残运会上，杭州宇树科技就展示了使用Unitree B2四足机器人作为导盲犬，进行奥运火炬传递的工作，引起众多媒体争相报道。

近日，BBC News报道了上海交通大学机械与动力工程学院高峰教授团队研发的六足导盲机器人。

据高峰教授介绍，“导盲六足机器人”具有视觉环境感知功能，可自主导航至目的地、动态躲避障碍、识别红绿灯等。该款导盲机器人如果通过批量化生产、人工智能辅助，可有效降低成本、提升智能，可解决导盲犬数量短缺的问题。

不仅如此，通过后台建立完整的互联网服务体系，导盲机器人还可以实现居家陪护、应急处理，带领视障人士前往更多目的地等功能。

▍导盲六足机器人构型与模块化设计

六足机器人是一种模仿昆虫行走方式的机器人，其设计灵感来源于自然界中生物的高效移动能力。相比于四足机器人或其他轮式、履带式机器人，六足构型具有显著的稳定性优势。三足同时落地的设计使得机器人在行走过程中能够保持更好的平衡，即便在崎岖不平或动态变化的环境当中也能保持进行的稳定性。此外，六足机器人每个腿部都可以独立控制，能够根据地面的高低起伏灵活调整步伐，进一步增强了行走的稳定性和适应性。

在六足机器人设计方面，高峰教授团队采用了模块化设计思路，模块化的优势不仅在于制造和维护成本更低，同时也能够根据不同任务需求更换或升级功能模块。在导盲应用中，机器人可以搭载高清摄像头、激光雷达、语音识别模块等，以实现视觉环境感知、自主导航和智能交互等功能。

▍搭载自研环境感知与自主导航技术

环境感知能力的好坏直接影响六足机器人的导航效果，也是六足机器人底层的技术基础，高峰教授团队通过多传感器数据紧耦合方式，建立了雷达-惯性里程计系统，通过滑动窗口法耦合历史帧数据，大幅减少点云运动畸变，并设计了多维度的状态残差，显著提高了系统状态估计的精度和鲁棒性，实现了三维环境地图的精准建立与机器人自身的精准定位。

而基于全局环境地图和实时感知的局部动态地图，高峰团队采用模型预测和实时滚动优化方法实现机器人的路径规划和自主避障，敏捷自主躲避静态和动态障碍物，保障导盲任务的安全性。

根据室内导航任务需求，团队制定了室内场景的多层导航策略，构建了层次拓扑地图实现室内全局路径规划。针对室外场景，基于环境地图结合GPS信息进行多传感器融合，大幅提高定位与导航精度。团队还利用深度相机，通过深度学习和数字图像处理技术实现对交通信号的辨别，保障使用者出行安全。

针对台阶、楼梯等典型地形环境，团队采用多约束优化算法规划机器人稳定行走步态，通过采集机器人腿部足端力觉信息，使用机器学习方法来实时辨识足-地接触模型，可实现机器人对不同地形的自适应动态敏捷柔顺行走。

在非结构化动态变化环境下，六足机器人还需具备实时避障能力。基于导盲机器人的动力学模型，高峰团队构建了层级递进式的外力估计、触地检测、坡度估计、运动状态估计等模型算法。这些算法融合了机器人的关节信息、惯性导航、行为节律、历史状态等多源信息，进行了多目标集成的状态观测和反馈优化的平衡控制。为此，导盲机器人能够在各类地形场景中实现自律协同控制效果。

▍配备听觉、触觉和力觉交互方式 导盲机器人最大速度达3m/s

如何与视障人士建立有效的沟通机制非常重要，让导盲六足机器人理解视障人士的意图的同时维持机器人自身动作协调，是导盲机器人的首要任务。

团队在导盲六足机器人上集成了听觉、触觉和力觉三种交互方式，在听觉交互方面，导盲六足机器人内置了高性能的语音识别模块，基于深度学习的端到端语音识别模型，能够准确理解视障人士的语音指令。目前，该模块的语音识别准确率已超过90%，响应速度在1秒之内，满足了实时交互的需求。

触觉和力觉交互则通过盲杖实现。盲杖不仅是导盲的传统工具，也是机器人与盲人之间的重要交互工具。机器人通过盲杖向盲人提供稳定的牵引力和精确的转向力矩，引导盲人前进和转向。同时，盲人也可以通过推拉盲杖来动态调整机器人的行走速度，实现力觉反馈控制。这种独特的交互设计不仅增强了机器人的实用性，还提升了盲人的行走安全性和舒适性。

目前该机器人最大速度达3m/s，能够满足盲人慢走、快走、跑步等出行需求，且六足的独特构型优势确保机器人可以低噪声稳定行走。其六足的独特构型设计确保了机器人在行走过程中具备低噪声和稳定性。

▍高峰团队联手索辰科技加速推进商业化落地

从实验室到真正落地应用，对于导盲六足机器人来讲，还需要充分考虑制造成本、渠道推广、数据支持、运营维护、产品推广等方面的工作。为此，高峰团队联合索辰科技展开导盲六足机器人的商业化落地推广需求。由上海交通大学负责基础理论研究和关键技术攻关，索辰科技负责产品工程化以及产业化运维和推广。

据悉，索辰科技是一家专注于CAE（计算机辅助工程）软件研发、销售和服务的高新技术企业，该公司于今年成立机器人事业部，该部门受命开发针对机器人行业的专业软件和解决方案，为机器人及相关产品的设计、开发、实验、验证过程提供软、硬件工具与集成方案。此次与上海交通大学合作的导盲六足机器人是该部门面向商业化落地的重要项目之一。机器人大讲堂认为，对于这款导盲六足机器人而言，接下来需要解决的是生产成本与安全性验证问题。未来2-3年内，我们将有机会见到真正的导盲机器人上岗，服务更多的视障群体。