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靈活避讓障礙、身姿矯健通過旗門、人機交互并肩滑行……和機器人一起滑雪，相信大多數人都沒體驗過。近日，由上海交通大學設計研發的六足滑雪機器人完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實驗，通過了穩定控制、智能感知、規劃決策等多方面的測試。這款滑雪機器人是在“科技冬奧”的號召下，由上海交通大學高峰教授領銜，上海交通大學機械與動力工程學院和電子信息與電氣工程學院組成的足式機器人研究團隊研制，獲得了科技部國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支持。
本次測試，滑雪機器人在400米長、坡度18度的中級雪道，以大于10m/s的速度滑行，運用智能感知、制動控制等技術，完成了機器人競速、轉彎、規劃路線、規避障礙以及人與機器人交互等試驗科目，除了身形靈活、姿勢優美外，它能通過無線遠程人機交互控制，在真實的滑雪環境中穿行滑雪人群，讓大家體驗和機器人一起滑雪的樂趣。
不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規劃最優路線。滑雪機器人在初級與中級雪道中的測試，證明了自己具備敏捷的轉彎、制動能力和強大的自主感知、規劃能力。它能在雪場高速滑行，遇到障礙物還能急轉彎，繼續保持自己矯健的滑雪身姿，還能在滑行的過程中完成高山滑雪運動中的“過旗門”任務，能夠實現良好的速度、方向控制，具有滑行、急停、避障、繞桿等功能。
據介紹，上海交通大學足式機器人團隊研發的這款滑雪機器人是六足機器人，采用雙板滑雪。中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個滑雪板上，用于控制滑雪板的位置和姿態，兩側的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模仿人，實現點杖的功能。每個滑雪板具有五個自由度，通過控制滑雪板的位姿可以實現滑雪的速度控制、轉彎和制動等功能。
在本次測試的滑雪場上，六足滑雪機器人在初級雪道和中級雪道完成了高速滑雪和避障安全控制，它的滑行速度、轉彎技能、避障能力，以及穩定性、安全性、可靠性都取得了不俗的成績。
在真實雪場環境中穿行人群 模擬真人滑雪
滑雪對人的穩定性和靈活性要求極高，設計機器人并研發控制系統參與滑雪活動，挑戰不小。本次測試的滑雪機器人由上海交通大學自主研發，研究團隊經過多次科研攻關，在機器人性能操控、感知規劃等關鍵算法設計上取得了創新突破，自主完成了從機構設計、系統框架、穩定控制到智能感知、自主規劃等一系列環節的關鍵核心技術研發，最終使滑雪機器人集人機交互、環境感知、軌跡規劃、智能決策和穩定控制于一體。
研究團隊首先進行了機器人機構設計和驅動器設計制造方面的研究，并為機器人建立了“大腦”——智能系統。這個系統包括動態平衡穩定控制、智能感知和智能規劃，通過設計智能和行為智能的有機融合，使得機器人能夠分析人的滑雪行為數據，模仿人的滑雪動作，適應戶外雪面的環境特性，實現了自主快速穩定地滑行。
在設計過程中，研究團隊分別以人工遙控和自主規劃的方式在滑雪機上對機器人身高、身體俯仰角、重心前后位置、重心左右位置、左右雪板夾角、左右腿高低、左右雪板前后位置進行控制，完成速度控制和轉向控制的測試。其中，人工遙控穩定轉向滑行最高速可達3.2 m/s；自主規劃勻速直線滑行最高速可達5.17 m/s，穩定轉向滑行最高速可達2.45 m/s。
正是這些關鍵技術的集合，使這款滑雪機器人通過無線遠程人機交互控制，能在真實環境中實現在滑雪人群中穿行，在初級雪道和中級雪道完成高速滑雪和避障安全控制。它也能夠在戶外初級和中級雪道自動完成啟動、滑行、轉彎、制動，無須人為干預。
人機共融 為后冬奧會時代增添暢想
滑雪機器人不僅是“科技冬奧”的直觀體現，同時也以“人機共融”的理念為后冬奧時代提供了無限暢想。研究團隊表示，“冬奧會結束后，這款機器人還可以結合當下5G、無線網絡等先進技術，通過遠程控制，實現滑雪機器人同場競技，創造電-機-競的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創造科技感十足的娛樂新風尚。”
未來，機器人也將成為冰雪運動的重要參與主體，發揮科技優勢，在高山和冰雪環境中開展巡邏、實施救援，幫助人們規避風險，創造舒適安全的冰雪體驗環境。而“人機共融”的特點還將為未來競技模式的拓展、科技與娛樂的全新融合提供無限可能。
（總臺央視記者 竇筠韻 張峻赫）
