专访|中国腿足机器人与波士顿动力的距离?浙大熊蓉教授深度解析
3月4日，机器人大讲堂邀请熊蓉教授为大家做了主题为《仿生腿足式机器人研究》的报告，熊蓉教授是浙江大学博士生导师，浙江大学控制学院机器人团队负责人，科技部智能机器人重点专项专家组专家，浙江省151人才工程第一层次人员，全国五一巾帼奖章获得者。她被誉为机器人足球“女教主”，曾带领团队斩获悉数机器人足球金奖。
讲座开始前，我们就腿足机器人的发展对熊蓉教授做了一次专访，以下是专访内容实录：
小编
足式机器人在领域内普遍遇到的瓶颈问题是什么？
熊蓉教授
足式机器人早期是主要是在稳定性方面，现在基本上是在平地上稳定性没什么问题了，但是它还有一个适应性的问题。比如说在作业的时候，它会涉及到本身质量的变化，到底它能够适应多大的质量的变化。第二个就是外力的扰动，因为它会跟外界接触，力量的大小来自不同的方向。还有地面的不同的情况，我们现在看到的阿特拉斯毕竟还是拍到的录像，至于它是不是能够完全无人的去适应各种环境，也有待于它的应用的验证。所以，我们说适应性是一个问题。
第二是它的能量。腿足式机器人跟轮式的不一样，轮式三个轮子、四个轮子就OK了，但是腿足一个腿就要三到六个关节，每一个关节对力矩、对速度的要求都很高，又有机械摩擦这样的损耗，所以它对能耗的要求非常的高。像bigdog能耗值就达到了15，我们人的能耗只有0.01，所以怎么样去降低能耗才能够让机器人实现更长时间的运行，而不是说不断的增加电池的这种方式。
第三，成本。它的机构、它的驱动都是要经过特殊的设计，跟我们产业化上用的机械的机器人不一样，这就导致了它的成本很高。像我们在国内做一台腿足机器人可能就要一、两百万，这也就影响了它的应用的推广。比如说它行走的速度跟其他的移动方式相比还是有欠缺的，虽然我们看到阿特拉斯都已经很快了，但是它能不能满足工业上面的快速的要求。
小编
在不考虑成本的情况下，国内能不能做出像美国的bigdog那种层次的机器人？
熊蓉教授
我们可能在一些新型的驱动机构机理的研究和制作工艺都还需要再加强。
小编
您刚刚提到轮式机器人，轮式机器人是简单的用于阶梯的，城市90%以上的环境轮式都可以应对，但是10级以内的阶梯是怎么样的解决办法？
熊蓉教授
轮式只适合在平整地面上，阶梯基本上不行，除非轮式上面做了特殊的悬挂机构，像有的是多个轮子的旋转它可以去跨个台阶，也是一个台阶一个台阶的跨。要走楼梯现在还有一种方式就是履带式，履带式可以走一些台阶，前面再加上辅助的履带。
小编
咱们的轮式机器人和足式机器人可不可以相结合？
熊蓉教授
BostonDynamics最近推出的handle就是一种轮足的结合，利用轮子在平整地面上的高效运行，如果是两条腿走的话走不了那么快，还可以进一步降低能耗，当遇到不平整的时候它就可以发挥足式的优势，这就是轮足的结合。轮足的结合之前有很多，像美国的NASA做月球车就是用了轮足的方式。
小编
国内能实现轮足自主吗？会不会是以后国内的发展方向？
熊蓉教授
可以，可以作为尽快推出的一个产品方向。
小编
足式机器人主要的研究重点是什么？是传感技术还是控制技术？主要使用的控制技术是传统的PID还是其他的现代控制手段？
熊蓉教授
足式机器人主要是涉及到第一个仿生机构，怎么样提高它的运动能力，跟它的机构有很大的关系，我们会从生物界借鉴这种机构，但是我们又不是完全的复制。第二，里面的驱动。足式对驱动的要求是挺高的，既要力矩大，又要速度快，因为它有支撑向和摆动向的两个过程。第三，平衡控制和抗扰动的问题。第四，对环境的适应性，这个时候它需要有适当的传感去感知环境，并且对这些信息进行处理，抽取出来环境的信息再给它做运动规划和控制。还有像刚才讲到的怎么去降低它的能耗，怎么来实现它的高能效，这些基本上也是要通过前面三个问题来解决。现在的研究重点肯定是在控制方面，但是逐步的利用传感技术增加机器人的智能性也是现在已经开始在做的事情。
小编
我们看的《超能陆战队》里的画面机器人，也就是大小机器人，做了一个组合，随意组合成任意的形状，能不能用于足式机器人。通过小分子的方式，轨道的变动来控制它的爬行，控制上台阶或不平整的路，像山地，有没有可能应用在四足机器人或者六足机器人的足底上。
熊蓉教授
也许未来有一天会实现电影里面的畅想，但是就近阶段来看现在的技术还不足以支撑。这些机器人它们相互之间组成能够组合起来实现一个整体的高效的运动恐怕就是一个问题。到目前为止也就是哈佛大学他们做了成千上万个小的移动式的机器人，通过简单的规则可以实现一种形状变换成另外一种形状，但这只是形状变换。比如军用的群体机器人编队的变换可以用这种思想，但是要它组合成一个整体能够去运动，这个目前的技术还没办法支撑。
小编
如果说小的这一部分只是个零件，不是个独立的机器人，但是它可以通过腿部上设计的足底的轨道，自己凹进去或者自己往上走一点控制平衡，有没有可能？
熊蓉教授
我们可以让它适应地面的形态来进行一种变形，这个是可以实现的，但是，是不是需要用到这种微小型机器人来进行变形还有待研究。
主要的控制技术是pid还是现代控制算法？首先涉及到建模，涉及到控制，我们首先是从整个系统的角度上去选择有关的控制算法。比如说像早期的VMP控制，后来出现了捕获点，用捕获点来进行规划控制，还有飞轮控制。但是等到实现控制的时候，目前像MIT等等用的比较多的还是pid控制，也会用到其他的一些先进的控制算法，但是可能50%—60%还是pid技术。
小编
除了适应环境能力不足之外，足式机器人还有哪些优劣？
熊蓉教授
一个是适应环境，不同的地形、不同的地面的状况，我们还可以通过腿足的运动调节它的作业平滑的高度，可以通过腿足的运动去保持上面的作业平台，保持一种稳定的状态。你在上面可以装作业机械臂，不像轮式、履带式，你倾斜了它也就倾斜了，我们可以通过腿足的调节来保证上面始终是平稳的。劣势是它的能耗高、成本高。
小编
有没有什么办法可以把这些相结合，比如说把身子做成太阳能板，是不是成本更高？
熊蓉教授
的确是可以的，但是太阳能的转换效率有没有那么快，本身太阳能的转换装置也是挺大的。
小编
有没有可能根据不同的地形适应的机器人，像在大风环境下作业的机器人，能不能做到自身转换风能？
熊蓉教授
现在还做不到，能源的供给确实是个问题。
小编
现在大部分的能源供给都是使用电池的或者是电线。
熊蓉教授
现在主要用的是电池，用液压他们会用烧油的内燃机，但是会噪声比较大。
小编
四足机器人有没有在什么领域已经开始应用了，不是处于研究阶段的？
熊蓉教授
现在主要在教育娱乐方面，有一些机器人的产品，像00年左右的索尼推出的ROBO，后来的QRIO双足的，还有法国的Aldebaran的NAO机器人，中国也有优必选。其他的像Boston Dynamics其实是想做一个军用的产品，但是到现在为止也只有我们看到的一些样机。
小编
想应用在军事上，但是难度比较大，是吗？
熊蓉教授
对，前面我们说到的这些技术性的问题还有很多的事情要做。
小编
熊老师，您现在做的腿足式机器人主要是面对无人系统还是军方的？
熊蓉教授
之前我们做了仿人机器人，但是国内跟国外在行走的速度、稳定性等等性能方面都有比较大的差距。对我们来讲，希望能够通过我们对这方面技术的研究去提高中国机器人的水平，当然我们也希望它能够应用到实际当中去，所以我们也会考虑不平整地面。现在最能够推广的还是军方，其他的行业可能还有点难度。
小编
咱们现在的技术水平研究的程度，跟MIT、Boston Dynamics的bigdog能差多少？
熊蓉教授
我们现在6公里每小时bigdog2005年的时候就实现了，他们实现5.4公里，也差不多。当时他们还实现了冰面上的稳定平衡，这个我们还没做到，可能有十年的差距。
小编
我觉得我们研究的水平应该不差。
熊蓉教授
从控制方法上来讲可能差距并不大，像我们在里面用到的一些方法，后来我们发现美国他们刚刚发布的思路跟我们非常的相近，说明大家都想到一块去了，但是在器件上，比如他们要提高驱动能力，很快的一年就可以设计一个新的电机出来，而我们没有。我们做出来以后性能和稳定性、可好性这方面还有差距。
小编
像腿足式的机器人，未来我们再做，趋势是什么？会解决什么样的问题？
熊蓉教授
总的来讲就是不断的去提高它的速度和负载能力、降低它的能耗，这是我们想做的。
小编
从整个技术发展来看，您觉得这个问题有望10年、15年解决吗？从哪里能突破，国外的算法和硬件性能能实现吗？
熊蓉教授
还是应用的材料、机构的设计、驱动再加控制算法，这几个肯定是相互结合的，离不开的。
小编
腿足未来的发展怎样？主要还是考虑仿生。
熊蓉教授
主要是双足、四足。
小编
我们做的四足大狗，很多是先研究仿生，四足动物走路的步态，因为它的身体结构可能造成走路的步态不同。
熊蓉教授
不仅仅是结构上的仿生，控制算法我们也会去研究人在走路的时候有什么特性，他的各个关节之间是怎么协调的，能不能把这部分的特征提取出来，我们在运动规划的时候把它考虑进去，这样可以减少它的关节之间相互的内耗。