■記者 張雙虎 ■黃辛
剛剛結束的北京冬奧會冰壺項目賽場（冰立方）上，一位特殊“選手”現身。這位“選手”兩個后“腿”蹬踏起踏器，兩個中“腿”支撐身體，兩個前“腿”當作雙“手”控制冰壺的方向、移動與旋轉速度，然后奮力一投，擊中目標。
“表演進行了6次，6投6中。”上海交通大學機械與動力工程學院教授高峰對《中國科學報》說，“這是世界首款模仿人蹬踏、支撐滑行、旋轉冰壺行為方式的六足冰壺機器人，它當天的表現出乎意料的完美。”
像人一樣投冰壺的六足機器人
在“冰立方”表演的這款冰壺機器人是在科技部國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項支持下，由高峰帶領上海交通大學與上海智能制造功能平臺有限公司相關人員組成的六足冰壺機器人研究團隊研發的。
“人投擲冰壺是一個復雜的決策行為。”高峰介紹說，“怎樣根據人投擲冰壺的行為特征，設計機器人的結構；如何根據視覺與力覺測量的信息，辨識冰面與機器人接觸的動力學參數，從而預測機器人滑行和冰壺運動的軌跡；如何根據人類投擲冰壺的決策方法來控制機器人的行為，這些都是我們開發六足冰壺機器人遇到的技術挑戰。”
人類用手控制冰壺的方向和旋轉速度，一條腿支撐身體，另一條腿蹬踏起踏器，上海交通大學設計的六足機器人完全具備人類投擲冰壺的3種行為功能。
讓機器人實現人的行為決策方式
冰壺比賽不僅是一種體能競賽，也是一場智力博弈。因此，研究團隊需要根據人投擲冰壺的行為特征訓練機器人，讓機器人實現人的行為決策方式。
在投擲冰壺過程中，六足機器人前部雙腿發揮人手的功能，實現抱壺和旋轉壺的運動；中部雙腿和前部雙腿的關節復合成四點接觸冰面，實現支撐腿的功能；后部雙腿蹬踏起踏器，實現推動機器人加速滑行的功能，另外，前部雙腿具有在機器人滑行運動過程中二次擲壺的能力，控制冰壺運動投出時的位置、方向、速度和角速度，使冰壺依靠慣性滑行，實現精準投壺和擊打冰壺。
投擲冰壺動作結束后，機器人從投擲冰壺的構態轉換成站立構態，可以進行冰面行走和尋找起踏器。冰面的粗糙度和摩擦特性受冰面的制作和使用時間長短影響，機器人要通過視覺和力覺檢測信息，辨識冰面的摩擦特性，建立機器人和冰壺的動力學模型，從而實現機器人運動特征規劃和精準的冰壺投擲、擊打。
六足冰壺機器人能模仿人投擲冰壺的行為，具有視覺和力覺感知能力，能實現冰壺投擲運動的數字化，因此可以作為冰壺運動員日常訓練器材。此外，它可以輔助運動員投擲冰壺的決策與規劃，給運動員當陪練員。
在冰壺比賽間歇，冰壺機器人或人機競賽進行的投擲冰壺表演，也能給冰壺比賽增添不少樂趣，讓更多人喜歡上冰壺運動，并激發青少年對科創的興趣。
“這是通用型機器人。”高峰說，“在冬奧會冰壺比賽期間，它可以進行投擲冰壺表演，將來通過更新程序，它還可以完成其他動作或實現其他功能。”
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