通用人形機(jī)器人控制器HugWBC。

原標(biāo)題：從扭秧歌到單腳跳，HugWBC讓人形機(jī)器人天賦覺醒了
文章來源：機(jī)器之心
內(nèi)容字?jǐn)?shù)：5081字

上海交大與上海AI Lab研發(fā)出通用人形機(jī)器人控制器HugWBC

本文介紹了上海交通大學(xué)和上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)的通用人形機(jī)器人控制器HugWBC，該控制器賦予人形機(jī)器人多種步態(tài)及精細(xì)化控制能力，使其能夠完成跑跳、拳擊、搬箱等復(fù)雜動(dòng)作。

1. HugWBC的核心功能與創(chuàng)新

   不同于以往僅跟蹤速度指令或關(guān)鍵點(diǎn)的控制器，HugWBC 創(chuàng)新性地引入了擴(kuò)展指令空間，包含任務(wù)指令（速度）和行為指令（姿態(tài)、腳步、步態(tài)）。這種設(shè)計(jì)允許對(duì)機(jī)器人進(jìn)行細(xì)粒度控制，充分發(fā)揮其硬件潛能。HugWBC默認(rèn)控制全身，同時(shí)支持上肢外部控制器介入，以實(shí)現(xiàn)遙操作和精細(xì)控制，并支持后續(xù)的移動(dòng)操作任務(wù)。

2. 技術(shù)方案與設(shè)計(jì)

   HugWBC結(jié)合了控制理論和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。其擴(kuò)展指令空間包含：1）任務(wù)指令（速度）；2）行為指令（步頻、最大擺動(dòng)高度、機(jī)器人高度、前傾角、腰部轉(zhuǎn)動(dòng)角、雙腳相位變量、相位差、占空比）。通過組合這些指令，可以產(chǎn)生豐富多樣的步態(tài)。為了引導(dǎo)機(jī)器人學(xué)習(xí)細(xì)粒度步態(tài)，研究者提出了接觸-擺動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)和足端擺動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)，并引入鏡像函數(shù)和損失函數(shù)來鼓勵(lì)對(duì)稱自然的。

3. 魯棒性課程訓(xùn)練與上身介入

   HugWBC旨在成為基礎(chǔ)人形控制器，因此需要支持上半身外部控制介入。研究者通過設(shè)計(jì)上肢噪聲課程，使機(jī)器人學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)上肢介入，提高魯棒性。整個(gè)訓(xùn)練框架使用非對(duì)稱強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法在模擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，最終實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景部署。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與評(píng)估

   實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HugWBC在四種步態(tài)（行走、站立、雙腳跳躍、單腳跳躍）下的指令跟蹤誤差較小，且在不同介入訓(xùn)練方法中表現(xiàn)最佳。在站立狀態(tài)下，HugWBC的足端移動(dòng)距離最小，表明其能夠支持精細(xì)的操作任務(wù)。干擾測(cè)試也顯示，HugWBC的魯棒性顯著優(yōu)于基線方法。指令組合分析的熱力圖矩陣顯示了不同指令間的相互影響，揭示了控制器在不同速度和指令組合下的性能。

5. 總結(jié)

   HugWBC控制器在人形機(jī)器人控制方面取得了顯著進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了多種步態(tài)的靈活切換和精細(xì)化控制，為人形機(jī)器人的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其擴(kuò)展指令空間、強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練方法以及魯棒性設(shè)計(jì)，為未來人形機(jī)器人研究提供了重要的參考價(jià)值。

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