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[问答] 波士顿动力最新视频显示 Atlas 机器人灵活跑完复杂障碍赛，从技术角度分析有哪些值得关注的新进展？

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【silverly】 发表于 2021-8-19 11:19:04 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
波士顿动力最新视频显示 Atlas 机器人灵活跑完复杂障碍赛，从技术角度分析有哪些值得关注的新进展？ 第1张图片

https://www.zhihu.com/video/1411119898701950976
邀请各位大佬讨论分析其中的技术要点。
@李淼robot @王兴兴 @沙漏


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精彩评论8

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沙发
海昌俊杰 发表于 2021-8-19 11:19:40 | 只看该作者
 
谈及机器人，脱离不了硬件、软件两大模块。
一、硬件
atlas的硬件不用说，精湛的设计、加工 + 随便摔，摔坏了有专业团队给你修的财气&&豪气，就极难复刻。
二、软件集成
在软件集成上，可以看出atlas现在已经把感知、控制完美的结合到一起了。这点从这次bd发的这篇博客（Atlas | Leaps, Bounds, and Backflips (bostondynamics.com)）就能看出来。

第3张图片
控制方面的话，我个人推测scott入职后是搞了一套更好用的控制框架，这个之后再详细讲。atlas组的leader scott是在18年7月入职bd的，在这之前这位大佬就是专攻优化控制、规划这块的，工程经验非常丰富。

第4张图片
新框架也得到了raibert的肯定，早在去年的一个presentation中raibert就直言不讳的说18年那会儿的跑酷就是工程师硬调的（Turing Lecture: Building dynamic robots - Marc Raibert, Boston Dynamics - YouTube）

第5张图片
调过机器人的应该都能理解硬调大多时候是多么的花费时间和搞心态，但在scott这套框架下，开发速度有了质的飞跃，这个评价不是我凭空臆想的，在bd最新的博客（Atlas | Leaps, Bounds, and Backflips (bostondynamics.com)）中也提到了

第6张图片
raibert去年的pre中也提到了新的框架可以极大的缩短开发时间，从原来的数周，甚至数月到几个小时。
第7张图片

https://www.zhihu.com/video/1411319837478543360
再之后他们集成了视觉，使得机器人更加灵活。
第8张图片

https://www.zhihu.com/video/1411609031924916224
至此，感知、控制已经完成了很好的集成，整体系统已经表现出了很鲁棒、灵活的性能。
三、控制
我个人不懂感知这块，就不班门弄斧了，仅仅谈谈根据公开材料对atlas现在的控制技术的粗浅认识。根据scott的讲述，atlas现在的控制框架主要如下

第9张图片
设计轨迹的模板库在离线阶段完成，控制模块实时运行。无论是离线还是实时模块，基于求解难度和时间的考虑，整个框架分解为两层，一层基于centroidal space，一层基于full kinematics space。图里所提到的论文我个人已经下载了与控制有关的部分，有需要的读者可以自取（ytwboxing/Scott-Kuindersma-mentioned-papers: Scott Kuindersma在讲述Atlas控制技术时提到的部分论文 (github.com)）。不过在我看来，这些只是scott这套框架最基础的通用理论，bd实际工程是怎样的不得而知，理论和实机间的差距搞过机器人的应该很有体会。
说到Atlas的MPC，很多人把它和Cheetah开源代码中的MPC做比较，我个人觉得Atals的MPC技术含量可高多了，从以下两方面谈一下：
1）模型本身。Cheetah的MPC用的就是centroidal model里比较简单的一类模型，Single Rigid Body Model。

第10张图片

（摘自https://www.youtube.com/watch?v=sjAENmtO4bA&t=899s）

四足这个系统本身就有很大的稳定裕度，直接把躯干的惯量*角速度，就是能大体代表整个系统的角动量，而躯干的惯量直接从cad里读就行了，因为腿对四足来说的确可以忽略，况且四足大多步态下基本都是两足支撑，这在地面作用力的作用解耦上有天然的优势，所以压根不用考虑太多，就是能直接搞出不错的效果。但双足呢，对于atlas这个形状的双足，你怎么看它也不像是potato model，理论上讲就会考虑基座、关节造成的整体的动量变化，哪怕腿的连杆相对身体比较轻，但腿摆得比较快时，这么长的力臂折算到躯干处那都是不小的动量。而且在动量控制点选取上，线动量毫无疑问质心就可，角动量呢，角动量控制点该选哪个点才能比较好的代表整体表现，有些论文是直接选在质心，但这并不是唯一的选择。而且，算整体动量的话引入了更多的变量，仿真里当然没啥问题，但实物怎么保证这么多变量下的建模相对精准，而不会把误差放得更大了，仅仅拿cad恐怕有点难
2）算法。Cheetah的MPC仅仅是求地面作用力，所以这个问题是很容易组织成为一个凸问题的，但Atlas的MPC求得是作用力、落脚位置、时间
第11张图片

https://www.zhihu.com/video/1411335950563282944
这一下就成高度非线性了。Cheetah之前做过计算作用力和落脚位置的工作（《Regularized predictive control framework for robust dynamic legged locomotion》），MIT的结果表明这样算出得落脚点会比cheetah上只规划作用力的MPC抗扰动性更强
第12张图片

https://www.zhihu.com/video/1411337462287785984
MIT当初的做法是把它组织为一个非线性优化问题，通过传进落脚点、力参考值正则化减小求解难度，最后扔进非线性求解器解。这种做法其实在能否有解、求解时间上都有隐患。
但根据Scott的说法，他们将整个问题线性化为凸问题，利用稀疏特性高速求解。预测时域覆盖到未来1.5s，玩过cheetah那套MPC的人应该能理解这是多逆天的速度。双足可不像四足那样30ms更新一次MPC还能走得挺稳，更何况Atlas的这高动态动作的积分采样周期也不可能拉的很长。这个速度就是很牛逼。

第13张图片
印象比较深的是在pre最后有人问scott更新周期究竟是多少，scott的回答……

第14张图片
MPC之后的运动学优化按照scott的说法主要是考虑运动学方面与centroidal space的协同，避免关节限位、碰撞这类的问题。但MPC+kinematics optimization如何集成，如何实时求解，这都是一堆的问题。
第15张图片

https://www.zhihu.com/video/1411341558839291904

个人知识有限，粗浅谈谈自己的感受，也愿机器人行业越来越好，给我们这些搞机器人的多点活路（抱头痛哭.jpg
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板凳
痞子阿姆 发表于 2021-8-19 11:20:27 | 只看该作者
 
我最近有一个新的理解。在mit cheeta出现之后在质心动力学方面其实大家都已经差不多了。毕竟你既需要满足实时性要求，还得要让优化解解的足够好，那就很难有更好的替代方案。实际上在一般仿人身上做mpc在现有的算力下就已经有点捉襟见肘了。仿人不一样的是因为系统稳定裕度很小，所以四足身上随便调的参数在仿人身上都不能那么做，最终来讲会发现受到算力的限制，很难做更深更详细的优化或者过长的步长。

第29张图片
实际上我认为很多人的误区在于很多人认为bd的优势在于其mpc，因为bd在介绍他们项目的时候一直把mpc作为主要宣传特点。更多人都以为所谓mpc就说针对质心动力学优化的mpc。但实际上我认为真正有难点的是运动学优化部分，这也是bd和我们最大的差距所在。
实际上如果不考虑算力和实时性问题的话这件事情并不难，但是如果你要把运动学优化变成实时控制器的一部分的时候就很难了。我认为bd应该有一个理解非常独到的一个模型和优化方法，很有可能是做数值优化，这样让运动学优化能够用于实时控制当中，这样就能解释其运动过程当中的一些小扭腰小动作，实际上是有点zmp的影子的。毕竟如果只用基于mpc的质心动力学实际行走效果其实是很粗糙的，只能大概的去维持质心状态。
bd最好的一点就是他在2000年左右就开始在仿人方面做积累。他们zmp当初也做得很深，现在用新方法做的也很深，这就让他们无论是运动学优化还是质心动力学优化方面都有丰富的积累。国内大多数机器人也就刚起步五年到十年，做zmp的不愿意去接触新方法，做新方法的不愿意去接触zmp。国内做仿人的首先需要打破自己的偏见才能去和bd一较高下。
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地板
买剑龙 发表于 2021-8-19 11:20:37 | 只看该作者
 
波士顿动力atlas机器人最新视频：美国机器人公司波士顿动力最新atlas机器人，简直太飒了！波士顿动力Atlas竟然玩起了跑酷！它又学了新动作! 在最新发布的视频中,Atlas完美地跑完了复杂的障碍赛。 首先,跃过平衡木。 不好意思,放错了… 再来一遍! 过斜坡。
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5#
327967098 发表于 2021-8-19 11:20:54 | 只看该作者
 
挖石油的不会搞机器人啊。看起来越野能力很棒了。不过人工便宜，一只机械狗都要48万块，工人工作6年的工资了，咱还是招工人吧
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6#
井底的青蛙 发表于 2021-8-19 11:21:28 | 只看该作者
 
让我们这些在做nmpc的直接心态爆炸
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7#
苏珞小仙女 发表于 2021-8-19 11:21:41 | 只看该作者
 
我已经开始展望底特律变人了
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8#
爱勿濫 发表于 2021-8-19 11:22:34 | 只看该作者
 
第一遍看的感觉是“我艹，牛逼！”
但是回想之前波士顿动力的机器狗，那个是能做到人踢它，它自己回正的，也就是对环境的改变能有一定的适应性。
这个视频看似很花，唱跳rap，但是都是与静态的环境交互，更类似与宣传片。所以还是期待一下更进一步的测试视频。
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9#
小熊毛衣 发表于 2021-8-19 11:23:09 | 只看该作者
 
没有，看不上
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