8月7日-8月9日，2020年全球人工智能和機器人峯會（簡稱“CCF-GAIR 2020”）在深圳如期舉辦！CCF-GAIR由中國計算機學會（CCF）主辦，香港中文大學（深圳）、雷鋒網聯合承辦，鵬城實驗室、深圳市人工智能與機器人研究院協辦，以“AI新基建 產業新機遇”為大會主題，致力打造國內人工智能和機器人領域規模最大、規格最高、跨界最廣的學術、工業和投資領域盛會。
8月8日上午，在「機器人前沿專場」上，上海交通大學講席教授高峯進行了題為「探月足式飛躍機器人設計與控制」的演講。
高峯教授是國家973計劃首席科學家、“國家傑出青年基金”獲得者。高峯教授的團隊在機器人設計上取得了豐碩的果實，團隊研製出了六足章魚機器人、染色體微操作機器人、巨型重載鍛造操作機器人等多項國家重點項目的成果。
在演講中，高峯教授介紹了團隊在月球空間站機器人方面的進展。他介紹了腿式着陸行走機器人的設計方法和實驗成果，並強調了六足腿式機器人的優點。
以下是高峯教授在大會的演講實錄，AI 科技評論進行了不修改原意的整理和編輯：
機器人智能和計算機智能有很大的區別，機器人智能是行為智能，行為智能體現在肢體和智慧的結合。實現行為智能是非常複雜的問題，機器人理解環境、理解任務怎麼執行，但是要據此表達行為就非常困難。
具體來説，要實現機器人的行為智能，就是機器人通過視覺、力覺等外部感知系統理解環境和任務，通過控制自身部件的位置、速度、加速度執行任務。
很多國家比如美國計劃在月球建空間站，在月球空間站上，機器人是先鋒。我國在探月機器人上做了很多探索，我們也參與其中，在這裏介紹一下相關工作。
原來的探月機器人一般帶有一個着陸器，着陸器上放一個月球車。這樣的探月機器人實際上只能着陸一次，月球車只在着陸器周邊做探測工作。我們希望研發出能在月球反覆起飛和着陸的探月機器人。着陸器的作用主要是通過被動緩衝吸收能量。下圖展示了多個國家的着陸器設計。
機器人着陸後，還要在星球上探索，即要設計巡視器。傳統採用輪式設計，最近我國探測火星的巡視器也是採用輪式設計。輪式設計會用很多電機，每個輪子上有懸掛系統，是很複雜的系統。我認為輪式設計對於外星球探索不是很好的選擇，因為外星球沒有人工建成的路。
我們嘗試了腿式着陸行走器的設計方案，優點是可以進行多次着陸和主動緩衝，此外還有移動功能、收攏功能，腿式設計能實現着陸姿態的靈活調整，以及適應複雜地形，這是一個複雜的機器人系統。
機器腿的設計涉及非常多的內容，比如整體結構、關節、電機、重量、佈線、緩衝、力覺、仿真、環境等因素，要做大量的實驗和理論分析。重點是三個方面，即機構與傳動、感知與驅動、規劃與控制。
接下來我介紹一下探月足式機器人設計的三個重要部件：6維力與力矩傳感器、“力-控”複合驅動單元和飛躍器腿部機構
1、6維力與力矩傳感器
這是機器人設計中很關鍵的部件。在6維力與力矩傳感器中，裝有陀螺加速器，可以辯識被測對象的慣性力和重力。
我們採用了特殊的並聯結構，使傳感器具有很好的解耦性。利用這種傳感器可以設計出各式各樣的產品，包括人體用設備和大型機械設備，還可以做六維鼠標，這在虛擬現實技術中可以發揮重要作用。
2、“力-控”複合驅動單元
“力-控”複合驅動單元裏面裝有力矩、減速機、編碼器、制動器，力矩傳感器使它有很好的力矩感知，可以用來做機器人的手臂和腿。
3、飛躍器腿部機構
我們希望利用一種機構把三個電機都放在髖關節上，這種機構通過簡單的並串聯機構實現。將所有驅動佈局在身體內有助於外太空環境中的防護，並減輕腿部慣量。驅動關節是水平佈置的，工作空間大，可以保證實現收展。
4、動力學參數設計
我們根據動力學模型建立機器腿的優化結構剛度的優化參數，把優化的目標和約束條件寫進去，最後得到腿的最優尺寸、慣量、剛度等。為了緩衝的時候吸收能量，還需要加彈簧，彈簧加大以後會導致行走困難，所以彈簧的剛度匹配也是要優化的參數。最後，我們設計出了兩款足式機器人，如下圖所示，上面是四足機器人，下面是六足機器人。
機器人着陸時，可以通過視覺瞭解底下的環境，一旦確定環境後，就在2米多高處關掉髮動機，機器人通過自由落體降落。月球的重力是地球的1/6，但是這也不算小，機器人着陸時會有很大的衝擊力。
我們要讓機器人實現平衡着陸，機器腿一開始做低剛度控制，以適應緩衝，着陸時間很短，整個系統每毫秒要控制一次。
機器人控制裏面有一個非常核心的問題，即辨識接觸剛度，這是機器人力覺智能的核心。下圖是示意圖，可以測出總的系統剛度，減去機器人的剛度和阻尼，才能知道最後的接觸剛度。
在控制實驗中，我們把機器人從2米多高的地方扔下去，看它能不能着陸。
我們需要做實驗以確定機器人腿部的力如何分配，無論是四足機器人還是六足機器人，除了垂直下落以外，還要考慮水平速度、地形、地面剛度的影響。
六足機器人的着陸容錯性比較高，最多壞了三條腿後還能夠成功着陸，不過壞掉的三條腿必須是均勻間隔的三條。
下圖展示了着陸以後機器人行走的實驗，我們通過模擬月球重力環境，搭建了月球重力模型測試台。通過配重，我們使機器人實際受到的重力與在月球上相同。
六足機器人有很多優點，比如形態豐富，有圓周腿形、仿昆蟲腿形、仿螃蟹腿形等等，不同腿形有不同優點。
還有，六足機器人可以手腳通用。機器人作業一般都需要有手臂的功能，六足機器人可以把腿翻上去當手用，同時能保持支撐和行走能力。
此外，六足機器人還可以執行上下樓梯、開關房門、搜索爆物、觀察環境、剪斷導線、拆卸炸彈、取放物品等任務。
最後，六足機器人可以實現三足支撐，同時使重心穩定，不需要進行動態控制，只需要靜態控制。在行走方面，相比履帶，六足機器人可以在不連續的地面上行走。雷鋒網雷鋒網雷鋒網