從移動的方式來講，陸地上有多種的移動方式，輪式、履帶式、軀干式等，其中腿足式可以說是地面運(yùn)動方式里最具靈活性和地形適應(yīng)性的移動方式，它不僅可以適應(yīng)不平整的地面，也可以適應(yīng)不連續(xù)的地形，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重要課題，需要解決難建模、易失穩(wěn)、能耗高等諸多挑戰(zhàn)性難題。浙大自2006年關(guān)注仿人機(jī)器人的挑戰(zhàn)，并開展一系列這方面的研究，2008-2011年在國家863重點(diǎn)課題的支持下，開發(fā)了兩個大型仿人機(jī)器人，身高165，重56公斤，全身有30個自由度，可以跟人或雙機(jī)器人進(jìn)行乒乓球?qū)Υ颍俗畲蠡睾蠑?shù)是有145個回合，雙機(jī)器人也有140多個回合，可以去適應(yīng)不同的球速，包括對快速旋轉(zhuǎn)飛行乒乓球的準(zhǔn)確識別、定位和軌跡的預(yù)測，以及實(shí)時(shí)在線的全身協(xié)調(diào)運(yùn)動規(guī)劃、手臂快速運(yùn)動下的平衡控制等，該成果得到了美聯(lián)社、路透社、國家地理頻道等專題報(bào)道，美國自然科學(xué)基金會把該項(xiàng)成果做長篇幅介紹并寫進(jìn)給奧巴馬政府的工作報(bào)告內(nèi)。但當(dāng)時(shí)機(jī)器人的行走速度只有1.2公里/小時(shí)，難以適應(yīng)打球的快速度。

從2012年開始，我們主要圍繞著如何提高機(jī)器人運(yùn)行速度，以及如何從室內(nèi)走向室外，去適應(yīng)室外不平整的地面來開展研究。我們通過在關(guān)節(jié)柔順控制、全身協(xié)調(diào)控制、未知外力擾動下的柔順平衡控制等技術(shù)突破，成功研制在室外可以適應(yīng)草地鋼管等不平整地面、以及適應(yīng)未知外力推動的雙足仿人機(jī)器人，行走速度最快可以達(dá)到4.5公里/小時(shí)。利用相關(guān)技術(shù)，“絕影”機(jī)器人由我們團(tuán)隊(duì)畢業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了創(chuàng)業(yè)，打造了四足機(jī)器人“絕影”。這個機(jī)器人具有多種步態(tài)，并能完成跳躍、上下30°的斜坡、適應(yīng)不平整地面、適應(yīng)各種外力的擾動，目前在變電站巡檢等方面進(jìn)行推廣應(yīng)用。

除了這樣大型的腿足式機(jī)器人，我們團(tuán)隊(duì)新引進(jìn)的研究員陸博士，他的研究方向是在人體內(nèi)進(jìn)行送藥的機(jī)器人，把微型、軟體和多足結(jié)合起來。應(yīng)用腿足對不平整應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性，來適應(yīng)人體器官內(nèi)的不平整性。利用微納加工的技術(shù)，來給機(jī)器人安裝了數(shù)以百計(jì)的、非常柔軟纖細(xì)的腿，加上磁性的物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)在磁場控制下的機(jī)器人運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了多種步態(tài)，包括波形拍打式步態(tài)與搖擺切換式步態(tài)。它可以靈活適應(yīng)人體內(nèi)的不平整及液態(tài)等復(fù)雜環(huán)境，攜帶藥物精確送達(dá)病變處，該微型多足軟體機(jī)器人自重只有4克，但能夠搬運(yùn)42克的藥丸，搬運(yùn)重量是自身重量的幾十倍，搬運(yùn)的速度和重量都達(dá)到了一個很高的指標(biāo)，并在模擬的人體胃環(huán)境里做了實(shí)驗(yàn)，獲得了2018年中國十大學(xué)術(shù)進(jìn)展獎。

從導(dǎo)航方式來講，它決定了機(jī)器人在環(huán)境中的自主能力，我們需要解決三個方面的問題，一是要構(gòu)建環(huán)境的地圖，然后根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前的感知，在地圖上確定機(jī)器人的位置，也就是解決在哪里這個問題，然后根據(jù)要到哪里來實(shí)現(xiàn)，通過導(dǎo)航規(guī)劃來解決怎么去這個問題。由于這幾個問題的復(fù)雜性，特別是地圖構(gòu)建和定位問題的復(fù)雜性，所以業(yè)內(nèi)之前的移動機(jī)器人雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)自主移動，實(shí)際上是在技術(shù)方面做了簡化，比如RGV是用了軌道導(dǎo)引，AGV是用了磁釘、磁條、二維碼這樣的標(biāo)識去減少定位難題，通過傳感器對這些標(biāo)識的檢測，來完成定位；另外我們的家庭清潔作業(yè)機(jī)器人也是自主導(dǎo)航，但降低了對效率和定位精度的要求。但現(xiàn)在，很多像工業(yè)領(lǐng)域、港口碼頭等領(lǐng)域，對如何擺脫這些人工標(biāo)識物、實(shí)現(xiàn)高可靠高精度的自然導(dǎo)航提出了重要需求。目前我們已經(jīng)通過一些技術(shù)突破推動了在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用。

地圖構(gòu)建問題在95年就被定義了，由于定位和地圖構(gòu)建形成了一個雞與蛋的問題，被稱為一個難的問題。2001年研究人員用擴(kuò)展卡曼濾波，在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確的情況下，可以進(jìn)行一致性求解。2007年提出的粒子濾波方法，使得我們能夠?qū)?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)做多種假設(shè)，來容忍可能的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)錯誤。2006至2011年，研究人員提出了圖優(yōu)化方法，通過構(gòu)建圖模型、建立節(jié)點(diǎn)之間的位置約束和觀測約束，通過形成約束最大一致性來求解問題；并通過形成圖優(yōu)化問題的求解工具，來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模最優(yōu)問題的快速求解。在這個框架下，我們也做了一系列工作，特別是如何正確建立節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。我們做的主要工作包括，怎么對三維的點(diǎn)云進(jìn)行快速匹配，怎么在大范圍的環(huán)境建立對點(diǎn)云的描述，能夠快速檢索到我們又回到了這個位置，從而實(shí)現(xiàn)正確的位置識別。同時(shí)近幾年我們還研究了面向像腿足式機(jī)器人，它要用到的不是激光地圖，也不是視覺特征地圖，而是稠密的高度地圖，這樣的地圖構(gòu)建會涉及大量的計(jì)算，而且我們現(xiàn)在一致性地圖的構(gòu)建主要面向的是稀疏特征的地圖一致性構(gòu)建，那我們要怎樣去解決這個問題，來實(shí)現(xiàn)大范圍一致的稠密高層地圖的構(gòu)建。