🎱 👵🏻 👋 韩国DRC-HUBO如何赢得DARPA机器人挑战赛 🚲 🖲️ 🗄️

周六，来自韩国的韩国领先科学技术学院（KAIST）团队在加利福尼亚波莫纳赢得了DARPA机器人挑战赛（DRC），当时他们的机器人（适应性强的类人机器人DRC-HUBO）击败了来自五个不同国家的22个其他机器人，赢得了200万美元的主要现金奖励。

从两足步行机器人转变为带轮子的汽车的能力在获得该奖项中发挥了重要作用。许多机器人失去了平衡，掉到了地上，打开了门或使用了钻头。但不是DRC-HUBO。独特的设计使他可以更快地完成任务，更重要的是，可以保持脚（和轮子）。

韩国领先的科学技术学院机械工程学教授，团队负责人KAIST的Rong Ho O说，[用于机器人的两腿运动还不够稳定。-如果其中之一无法正常工作，则结果可能是灾难性的。

他说，人形机器人在人类社会中工作时具有优势，但他想开发一种可以将跌倒风险降至最低的设计：“我想到了很多事情，最简单的事情就是膝盖上的轮子。”

DRC-HUBO可以改变姿势，站立在两条腿上，走路，伸手高高的物体，也可以在膝盖上以更稳定的姿势移动。日本福岛事件发生后，

DARPA决定组建DRC，希望在机器人技术领域取得进步。到刚果（金）总决赛比赛邀请了开发半自动机器人的团队，人类操作员必须共同努力以模拟灾难情况。大学和公司为比赛设计的机器人在大小和形状上都大不相同，其中有带腿，轮子和混合动力的机器人。

DRC-HUBO之所以成为赢家，是因为它能够在最短的时间内（44分28秒）正确完成所有八项任务。其他团队的表现也不错，但是他们的机器人由于延迟而浪费了时间。最好的团队是Tartan Rescue团队，其CHIMP是一款具有腿部和履带履带的机器人，可以在坠落后恢复工作。桃太郎来自波恩大学的团队-一辆简单而优雅的带有轮子的汽车，带有旋转的头和两只手；来自美国宇航局喷气推进实验室的RoboSimian，有四只脚和类似瑜伽的动作；IHMC团队的ATLAS是由Boston Dynamics开发的大型电动人形机器人。DRC-HUBO执行关闭阀门的任务。请注意，他的上身旋转了180度。

灵活性是最重要的，” DARPA经理和DRC组织者吉尔·普拉特（Jill Pratt）在会见记者时评论了机器人的设计。-可以将配置从使用脚更改为使用车轮的机器人的结构更复杂，重量更重，但是它将为您提供灵活性。

O教授是国际认可的类人机器人专家。他和他在韩国大田的KAIST学生几代人一直在改善其HUBO平台。下面是已经有几年历史的视频：然后，O教授演示了HUBO 2：

对于DRC决赛，他决定对机器人进行重大修改，以使他为可能的任务做好准备。在比赛结束后的大师班上，O教授说 DRC-HUBO “没有什么不同，它只是一个类人机器人。”但实际上，他来自KAIST的团队精心设计了每个细节。他估计每个机器人的成本分别约为500,000美元和100万美元，以下是帮助DRC-HUBO 应付任务的主要功能：

1.跪在地上： DRC-HUBO膝盖上有轮子，腿上有滚子。轮子允许机器人快速稳定地移动。在地面上移动时，他在小腿上使用光学传感器以利用光流测量距离。

2.强大的引擎： 就像在杆 -赢得了机器人DARPA预赛和通过收购谷歌，DRC-HUBO具有非常强大的发动机（它有其中33，31度自由移动的）。得益于专门的发动机和空气冷却系统（风扇和叶片），机器人可以使用的电压是发动机规格中所示电压的3-4倍，在某些情况下，最大值为30安培。

3.兼容性： 团队希望使机器人兼容而不使用扭矩传感器和通常的自动控制器（他们担心这会导致不稳定）。因此，使用特殊的放大器，兼容性问题已转移到引擎驱动程序。

4.旋转躯干： DRC-HUBO可以将其上身旋转180度。这意味着机器人的膝盖可以朝一个方向旋转，而他可以朝相反的方向观看（自己动手！）。此功能不仅在站立时有效，而且在膝盖上也有效。机器人在需要执行以下任务时会利用此机会：驾驶车辆，在墙壁上打孔，在瓦砾中移动以及爬楼梯。

5.长臂：KAIST 团队成员意识到，HUBO 2臂对于某些任务而言太短，因此他们将臂变长了，旋转了7度。它们还将所有电缆向内隐藏，以免粘在周围的物体上。每只手最多可承重15公斤，还带有一个“合适的抓手”，可以抓握柔软的物体。

6.简化的感应功能：DRC-HUBO 可以不间断地感应传感器，而可以不间断地扫描周围环境的立体摄像机和激光雷达（例如，该技术使用ATLAS机器人）具有简化的视觉系统；操作员通常大部分时间都依赖传统摄像机，而连接至伺服驱动器的激光雷达仅在必要时扫描环境。一位KAIST的学生指出，实际上，机器人没有头部，只有“眼睛” 。

7.动力： 当发动机需要大功率时，主动力系统可能无法为机器的重要组件提供足够的能量。为了避免这种情况，研究小组使用了超级电容器，即使主电源系统出现故障，该超级电容器也可以为计算机，传输通道以及一些传感器和陀螺仪供电。

8.特殊软件： 该团队使用适用于Linux的Xenomai实时操作系统以及称为PODO（由KAIST开发）的特殊运动控制框架。他们还利用凉亭模拟环境。该团队开发的软件着重于低带宽和操作员与机器人之间不稳定的通信。

现在让我们仔细看看DRC-HUBO，以及他是如何完成所有八项任务的，这给KAIST团队带来了胜利（如果您想全面了解所有内容，可以参考一下；这里是加速版本）：

1.驾驶任务。

团队被允许对Polaris车辆进行修改，以便他们的机器人可以轻松地上下车。KAIST小组在汽车底部安装了带有两个杠杆的金属装置；当DRC-HUBO按下其中一个操纵杆时，电缆系统工作，以使第二个操纵杆按下油门。机器人左手握住汽车，右手控制车轮。他很快完成了这项任务（整个过程花了超过一分钟的时间），与其他团队不同，他没有停止过障碍。

2.退出车辆的任务。

这是最困难的任务之一。正如他告诉我们的那样，吴教授为他做准备，他几次离开汽车，以了解他为此使用了哪些动作和身体部位。他总结说，将需要一种“动态方法”。他的团队对DRC-HUBO进行了编程，以便他举起双手并抓住机器的机架。机器人每只手使用100牛顿的牵引力。当手臂抬起机器人的身体时，尽管运动受到控制（由于“动态方法”），但它大体上会从汽车中掉出来。注意他的精彩动作，让您在1:00左右下车！

O教授报告说，在这项运动的发展过程中，有几台发动机被烧毁，但使用最强大的特制发动机解决了该问题。此刻，机器人可以在不到4分钟的时间内下车，当它已经在地面上时，它会坐在膝盖上并离开。

3.带门的任务。

与其他必须站立（并保持两条腿平衡）的机器人不同， DRC-HUBO 可以通过转动门把手来跪下。旋转门把手时，他巧妙地用另一只手保持门打开。在不到2分钟的时间里，他驶过门口。

4.阀门任务。

请注意，在视频开始时，激光雷达会上下移动，以允许操作员扫描机器人前方的地形。然后，当DRC-HUBO接近闸阀时，它将上身旋转180度。请注意其在0:20的运动，因为您可能没有注意到（不幸的是，拍摄角度未显示机器人身体的下部）。在这个位置上，机器人仍可以跪在地上，从而可以抬起身体，从而更容易控制阀门（如果不需要，为什么要站立？）。机器人使用激光雷达扫描地形，确定位置，并在3分钟后执行任务。请注意，只需要转一圈，但DRC-HUBO完成了两个完整的回合！在2:01，您可以看到机器人将躯干“返回”到其正常位置。

5.任务与墙。

对于大多数团队来说，这是一项艰巨的任务，因为机器人必须握住钻头并按开/关按钮才能使用该设备。DRC-HUBO在每个臂上使用了力传感器来更好地捕获仪器。您可以看到机器人如何自动移动，甚至如何移动钻头在架子上（在途中撞下另一个钻头），以便更好地捕获它。当机器人设法抓住工具时，操作员会显示要打孔的地方，其余的由机器人完成。他使用20牛顿的动力牵引，您可以看到他如何利用他的身体使钻头完美地绕一圈运动。完成任务需要机器人花费11分钟。

6.出人意料的工作。

任务是拔出插头并将其插入另一个插座。请注意DRC-HUBO如何扫描地板，并注意到他早些时候掉下的钻头正在其路径中。机器人旋转并用膝盖推动仪器。然后他试图转过身，似乎正撞上墙。显然，操作员注意到了问题，他先走了一点然后转身。最后，机器人用比闸阀和门把手高的插座接近墙壁。现在该站起来了，您可以从3:05左右开始观看。刚果民主共和国向前走了几步，过了一会儿开始完成任务。他用电缆抓住插头。我们认为，这样做的目的是使操作员能够更好地看到插头，而机械臂不会遮挡插头，这将使这项工作变得不可能。随着时间的推移，您会在7:47左右看到此消息，因为机器人试图插入插头而错过了插座。经过几次纠正动作后，任务就完成了！13分钟30秒过去了-比完成其他所有任务还要多。

7.穿越瓦砾的任务。

DRC-HUBO可以向前移动膝盖或将躯干旋转180度并使其腿向前骑，就像推土机铲斗一样。这就是他为完成任务所做的事情。您可以看到他在0:28时如何旋转身体。看起来很酷。机器人抬起手-可能不会使它们纠缠在垃圾桶中。然后它开始在瓦砾中移动。当一块木头似乎卡在一块煤渣块中时，他只停了一下，所以他向左转一点，将其从路径上移开。将塑料管向右移动。在4:14，他再次转过身，站在台阶前。该任务少于5分钟。

8.带有步骤的任务。

O教授说，在许多任务中，尤其是在爬楼梯时，重要的是，机器人能够看到自己的腿。大型机器人（例如ATLAS）几乎无法做到这一点，它们需要弯曲身体，这使得平衡变得更加困难。刚果民主共和国以非常聪明的方式解决了这个问题。他向后爬楼梯！因此，他的膝盖不会挡住相机，您可以看到腿部和地面。但是，如果他向后站起来，他怎么能看到腿呢？当然，转动躯干！您可以看到整个过程，从0:26开始。机器人跪在楼梯前，然后突然将其向后转向。然后他站起来，在0:55，您将看到他如何将躯干旋转180度。现在他可以扫描台阶并开始爬升。但是请注意，在此之前，他向侧面走了两步，即向左（1:45）！几分钟后（对于听众来说似乎是永恒的），机器人终于开始上升，一个接一个地打破了最后三个步骤。显然！在不到7分钟的时间内，DRC-HUBO站在平台上。视频上没有声音，但此刻，团队和观众鼓掌掌声。

KAIST制作了四份DRC-HUBO，并在比赛开始前一个月没有使用安全缆线进行练习。他们在街道上，地面不平整的停车场以及在不同的天气条件（包括强烈的阳光和大风）下训练。比赛结束后，O教授在研讨会上说：“如果不拆除安全电缆，操作人员会感到恐惧。”

他补充说，在训练过程中，他们以两种方式执行所有任务-站立和跪下（平均时间为30分钟）。该团队擅长用DRC-HUBO清理废墟，他们无法在DRC决赛中证明这一点，并且他们也可以在比比赛中更艰难的地面上执行任务。

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