机器人驮骡为移动中的美国大兵运送物资

波士顿动力公司的腿式班组支援系统是机器人技术先驱马克·雷伯特的最新挑战


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在未来三年内,美国军方将测试派遣四足机器人进入野外作为可靠的驮骡,为部队运送物资的可行性。如果波士顿动力公司的腿式班组支援系统 (LS3) 的测试顺利进行,那么公司创始人马克·雷伯特将从他在 20 世纪 80 年代首创的单腿跳跃机器人取得长足的进步。

实际上,雷伯特已经取得了长足的进步,美国国防高级研究计划局的 (DARPA) 战术技术办公室和美国海军陆战队上周授予他的公司一份为期 30 个月、价值 3200 万美元的合同,以交付 LS3 原型机。这将是实现军方对自主、腿式机器人的呼吁的第一步,该机器人能够携带高达 181 公斤的物资,并且在不加油的情况下至少行驶 32 公里。

军方已经使用无人驾驶飞行器进行侦察攻击敌方目标,并且 DARPA 近年来赞助了几项竞赛,以确定开发自主地面运输的可行性。然而,由于需要在轮式或履带式机器人无法通过的崎岖地形上行进,自动化技术一直很难引入步兵部队。

LS3 是雷伯特开发的一系列腿式机器人中的最新一款,他于 1980 年在匹兹堡的卡内基梅隆大学创立了一个名为 腿实验室 的机器人工作室。在 1986 年成为麻省理工学院的电气工程和计算机科学教授后,雷伯特将腿实验室搬到了麻省理工学院。 他说,该实验室在他担任主任期间(直到 1995 年)做了很好的工作,“但我们总觉得我们是在把罐子踢到街上,在科学上取得进展,但没有考虑一个可以在现实世界中运行的系统。”

雷伯特于 1992 年创立的波士顿动力公司在 2003 年取得了一项突破,当时 DARPA 开始资助开发 BigDog,这是一种 75 公斤的机械工作马,也是 LS3 的前身。BigDog 没有使用摄像头或激光传感器来确定其位置。相反,它先迈出一步,然后对地形做出反应,快速确定其在任何给定时间的位置,并将其与期望的位置进行比较,立即根据这两者之间的差异采取纠正措施。

但是 BigDog 并不是一蹴而就的成功。“在最初的一年左右,它很笨拙,我告诉你,”雷伯特说。让机器人的腿(每条腿都有四个关节)以同步的方式移动——更不用说动态调整以适应冰等光滑表面——被证明具有挑战性。然而,随着时间的推移,四足机器人的耐力和体力得到了提高——其平衡和控制软件也得到了改进——以至于它可以在现实世界中进行机动。“大约在三年前,当我们看到隧道尽头的曙光时,BigDog 达到了一个临界点,”他说。

借助 BigDog,波士顿动力公司向 DARPA 展示了腿式机器人的可行性,这对于它在沙子、岩石、泥浆和雪地等条件下行进的潜力非常重要,这些条件会使轮式或履带式机器人搁浅。该公司在弗吉尼亚州匡蒂科海军陆战队基地测试了其技术,结果表明,BigDog 可以在困难的徒步小径上携带大约自身一半的重量,并且可以在平坦的地面上携带自身 1.5 倍的重量。测试还表明,它可以无需驾驶员即可操作,使用车载计算机视觉系统跟随佩戴特殊背心的领导者(这与一只真正的狗跟在主人身后没什么两样),并且可以使用全球定位系统自主行进到地图上指定的位置(在不平坦的地形上行驶时纠正平衡)。BigDog 在需要加油之前可以行进 19 公里。

LS3——最终可能类似于 《星球大战》电影中的帝国步行机,尽管规模较小——本质上是“打了兴奋剂的 BigDog”,雷伯特说。LS3 将通过其在无需预设坐标或士兵穿特殊服装的情况下自主行驶的能力而胜过其前身。雷伯特说,新的四足机器人将在“系统和自主操作方面具有更高的成熟度”。“挑战在于使它适合特定尺寸。” DARPA 的一项规范是,LS3 在完全负载时重量不得超过 570 公斤。

尽管 LS3 的推进系统仍在设计中,但 BigDog 使用两冲程卡丁车汽油内燃机驱动液压泵。雷伯特说,BigDog 的发动机功率为 18 马力,而他希望 LS3 的动力装置至少为 40 马力。LS3 的运行噪音还必须不高于 70 分贝,比 BigDog 安静得多。(波士顿动力公司在 2008 年发布的这段 BigDog 视频 展示了 BigDog 在移动时的噪音有多大,这至少部分归因于它的发动机。)

该项目的前 30 个月构成第一阶段,在第一阶段结束时,波士顿动力公司必须交付两个 LS3 原型机,它们可以在相对平坦的表面上携带所需的重量(181 公斤)行驶所需的距离(至少 32 公里)。LS3 还必须能够以每小时高达 16 公里的速度行驶,并至少配备其自主运行所需系统的基本版本。

波士顿动力公司已聘请国防承包商 AAI Corp.、飞机制造商 贝尔直升机、卡内基梅隆大学的 国家机器人工程中心、美国宇航局的 喷气推进实验室 和运动控制系统供应商 伍德沃德 HRT 的工程师和科学家来开发 LS3 的液压、推进和制导系统。尽管 喷气推进实验室此前曾与波士顿动力公司合作开发 BigDog 的视觉制导系统,但这是该公司首次在墙外合作开发其机器人。

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