自主滑雪机器人助力“科技冬奥”

灵活避障，姿态矫健，并排滑行通过旗门，人机交互.用机器人滑雪，相信大多数人都没有体验过。近日，由上海交通大学设计研发的六足滑雪机器人在沈阳与他人完成了一级路、中级路和滑雪，并通过了稳定性控制、智能感知、规划决策等测试。这款滑雪机器人是在“科技冬奥”号召下，由上海交通大学高峰教授领衔，由上海交通大学机械与动力工程学院、电子信息与电气工程学院组成的足部机器人研究团队研发，获得科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项支持。

在这次测试中，滑雪机器人以超过10米/秒的速度在400米长、坡度为18度的中间雪道上滑行。利用智能感知、制动控制等技术，完成了机器人竞速、转弯、路径规划、避障、人机交互等测试科目。除了灵活的体型和优美的姿态，它还可以通过无线远程人机交互控制，在真实的滑雪环境中穿行在滑雪人群中，让每个人都能体验到与机器人一起滑雪的乐趣。

这个滑雪机器人是一个六足机器人，它使用双板滑雪。中间四条腿分为两组，每组固定在滑雪板上，控制滑雪板的位置和姿势，两侧的两条腿上分别装有滑雪杖，模仿人，实现指点棒的功能。每块滑雪板有五个自由度，通过控制滑雪板的位置和姿态，可以实现速度控制、转弯和刹车功能。它不仅可以高速滑雪，还可以避开人群，自己规划最佳路线。在初级和中级雪道的测试中，滑雪机器人证明了其具有敏捷的转弯和制动能力，以及较强的自主感知和规划能力。

滑雪对人的稳定性和灵活性要求极高，因此设计机器人、开发控制系统参与滑雪活动，是不小的挑战。这次测试的滑雪机器人是上海交通大学自主研发的。经过多次科研攻关，研究团队在机器人性能控制、感知规划等关键算法设计上取得创新突破，从机构设计、系统框架、稳定性控制到智能感知、自主规划等一系列环节，自主完成了关键核心技术的研发。最后，该滑雪机器人集人机交互、环境感知、轨迹规划、智能决策和稳定性控制于一体。

首先，研究团队对机器人机构设计和驱动器设计制造进行了研究，为机器人建立了一个“大脑”。这个智能系统包括动态平衡和稳定控制、智能感知和智能规划。通过设计智能和行为智能的有机融合，机器人可以分析人的滑雪行为数据，模仿人的滑雪动作，适应室外雪面的环境特征，实现自主、快速、稳定的滑雪。

在设计过程中，研究团队通过手动遥控和自主规划的方式，分别在滑雪机上控制机器人的高度、身体俯仰角、重心前后位置、重心左右位置、左右雪板夹角、左右腿高度、左右雪板前后位置，完成了速度控制和转向控制的测试。其中，手动遥控稳定转向和滑行的最高速度可达3.2m/s；自主匀速直线滑行最大速度可达5.17 m/s，稳定转向滑行最大速度可达2.45 m/s。

正是这些关键技术的集合，使得这款滑雪机器人能够通过无线远程人机交互控制，在真实环境中穿行于滑雪人群中，完成初级和中级雪道的高速滑雪和避障安全控制。它还可以在室外初级和中级雪道上自动启动、滑行、转弯和刹车，无需人工干预。