慕尼黑工業大學人形機器人：不依賴人類感知和決策能力自主行走

“自主式”崎嶇地形行走的機器人是機器人第一次在隨機擺放的踏腳石上實現自主式動態行走，步履翩翩，讓人記憶猶新。通過利用最佳和非線性控制系統，研究人員演示了機器人在距離和高度隨機變化的石塊之間的動態行走。通過設計機器人和反饋算法，機器人可以以安全可靠的方式在復雜的地形上實現精確的足跡放置。然而這樣的機器人還是像“盲人”，研究人員需要向機器人提供周圍環境的信息，例如下一塊墊腳石的位置。后來，研究人員開始嘗試將計算機視覺算法（包括深度分割和深度學習）與控制器集成，使得機器人能夠對其周圍環境進行推理并完全自主地發展自己的行為。

無獨有偶，慕尼黑工業大學機械工程系的研究人員們正在研究構造一種能夠快速、類似人類自主行走的機器人。他們通過改進視覺感知和步行控制的整合來解決機器人的自主性問題。于是，一個名為LOLA的人形機器人誕生了。LOLA機器人研究的重點是機器人不依賴于人類感知和決策能力的自主性。研究內容包括動力學、實時運動規劃控制，以及此類系統的設計。為了實現快速靈活的行走，機電系統的全面設計至關重要，研究人員將機器人的所有組件視為高度集成系統的緊密耦合部分。

LOLA機器人總重60公斤，高180厘米，其物理尺寸基于人體測量數據。關于硬件設計的一個最重要的問題是如何選擇機器人的運動結構，以實現自然、穩定和快速的行走。模擬和實驗表明，額外的冗余DoF可以實現更自然，更靈活的行走模式，并擴展機器人的能力。除了運動結構之外，研究人員通過定義進一步的設計目標以改善腿部動力學：足夠的機械剛度，高質量中心，以及腿部連桿的低慣性矩。為了改善腿部動力學，研究人員為LOLA機器人的膝關節和踝關節開發了新的運動結構，其中較重的部件（例如馬達）位于髖關節軸附近。由于機器人的重量對全系統動力學有很大影響，因此輕量化結構非常重要。該項目應用的方法是將主要結構部件設計為由鋁制成的熔模鑄件。

機器人的分層控制框架結合了環境感知，導航和運動規劃以及局部穩定和反向運動學的模塊。改進的自主性還需要更強的魯棒性，靈活性和步行模式的在線適應性，以確保在各種步行情況下的穩定性。