尝试揭开Boston Dynamics新发布Atlas后空翻的面纱——其背后的技术浅析

雷锋网按：本文作者段晋军，东南大学自动化学院智能机器人方向博四研究生，原文最先在知乎发表，雷锋网授权转载。

2017年11月16日，Atlas的跳跃、旋转、后空翻视频震惊了整个机器人圈，各大媒体纷纷报道。 你如何看待Boston Dynamic 2017.11.16新发布的机器人Atlas的视频？ 发表了感情的发言，当然光有感情是不够的。 作为技术工学系的男人，应该多想想其背后有什么技术。

还是充满感情： BD的这个视频可以说是冰冻三尺非一日之寒。 如果你不相信，请看这个视频。 let robot in MIT麻省理工学院腿实验室的早期作品单脚两足四足跳跃机器人，可以看到更多的研究成果和视频。 最小日志库。

这是30年前的故事。 想知道现在的BD的话，请看这个网站。 bostondynamicsischangingyourideaofwhatrobotscando.| Boston dynamics。

近年来，BD的产品还很多，包括Handle、SpotMini、Atlas、Spot、LS3、WildCat、BigDog、SandFlea和RHex。 有关详细信息，请参阅Boston dynamics。

我知道的其中也有大神说明了波士顿动力是什么性质的公司。

BD是马克雷韦托( marcraibert-Wikipedia )离开MIT LegLab后成立的公司，马克雷韦托于1980年在CMU设立了Leg Lab，1986年离开CMU，到1995年为止

1992年，他创立了Boston Dynamic，a simulation and robotics company。

成立公司后，他们服务于包括美国国防高级研究计划局( DARPA )在内的多家军机机构，并从国防部获得了数千万美元的投资。

此时，BD与作为Marc Raibert学生的Gill Pratt有着无法区分的联系。

Gill Pratt是前DARPA机器人挑战赛的负责人，所以BD一直接受DARPA的投资也是有道理的。

BD在2013年被谷歌收购，但2016年传出丰田将接手谷歌旗下BD的消息。 (丰田将接手谷歌旗下的波士顿动力6大原因-百家号)。 此时，Gill Pratt离开了DARPA，丰田研究院( TOYOTA Research Institution，TSI ) ) )

在那之后，得不到信息了。

2017年，BD被软银( SoftBank )收购。

把书放回去，了解了大概的BD之后，来回顾一下Atlas的经典动作-后台。

在介绍Atlas倒车技术之前，我先介绍一些预备知识。

1. Atlas是limbedsystem ( springhandbookofrobotics的P419-441 )的一种类型。 贴几张图片吧。

2 .进一步细分，Atlas属于legged robots ( springhandbookofrobotics的P1203-1263 )。

Altas的难点不在于倒车这一动作，而在于倒车前的运动计划和与地面接触后的控制(如如何保持平衡、如何控制接触力等)。

( oneofthemajordifficultiesinmakingaleggedrobotwalkorruniskeepingitsbalance:whereshouldtherobotplaceitsfeet， howshoulditmoveitsbodyinordertomovesafelyinagivendirection、 evenincaseofstrongperturbationsthisdifficultycomesfromthefactthatcontactforceswitheeenvironmentareanabsolutenecesssitytogeneraratioged otion，buttheyarelimitedbythemechanicallawsofunilateralcontact )。

1 ) legged locomotion

Atlas最重要的一点是动态建模，通常基于语言和Newton and Euler建立模型并绘制地图。

用上面的这句话说明后空翻的实际情况并不难，我来说明如下。

在Flight Phases中，Atlas不与环境接触，因此没有接触力f_i。 在这种情况下，牛顿方程简化如下：

由于在空中的过程实际上是抛物线运动，所以不能在空中改变Atlas的运动。

上式的欧拉公式可以简化为：

在这种情况下，Atlas可以在着陆之前同时控制关节的移动和整体旋转。

综上所述，在空中运动中，Atlas不能改变运动，但可以改变姿势。 也就是说，后空翻和前空翻等复杂动作，在落地前完成动作即可，当然在跳跃前需要制定步态和运动等计划。

2 )在内接触

接触面包括平面地面和多面表面等，视频的接触面与平面相似，但在多面表面的情况下，控制变得更加复杂。

无论是什么接触面，Atlas与地面接触时的瞬间接触力都很大，所以对电机有很高的要求，BD聪明，采用液压伺服控制。

如果是马达的话，可能会自己爆炸。

即使是液压伺服控制，也必须考虑主动或被动柔顺的控制。

我个人认为落地后的平衡比步行和兰花的平衡相对简单。 如果能很好地控制漫游和跑步中的平衡，落地后的平衡可能会比较容易，但跳跃后接触地面时的力会变得难以控制。

空中时间设计尤为重要，时间短时，Atlas无法完成翻筋斗动作； 时间长时，Atlas需要不断调整姿势，以便在接地面前进行平衡运动。

当然整个过程没那么简单。 参考文献如下所示。 感兴趣的人请精读以下内容。 ( Spring Handbook of Robotics上的P1206-1263 )。

incontactwithaflatground:thecenterofpressure.incontactwithmultiplesurfaces。

接触模型。

Compliant Contact Models

射频接触模型。

Hybrid and Nonsmooth Dynamics。

静态分析- notfallingdown。

generationofdynamicwalkingandrunningmotions

运动和力量控制。

魔兽世界。

Diffenert Contact Behaviors。

因为内容太多，不能用一篇文章来说明，所以只给出了大致的说明和内容，具有抛砖引玉的效果。

参考文献： Siciliano B，kha tibo.springerhandbookofrobotics [ j ].springerhandbookofrobotics，2016。