即使是能走會跑、甚至會做360度后空翻的波士頓動力Atlas機器人，也很容易摔倒。而且，它們走的每一步都是人類操作的。但今天，美國人類與機器認知研究所 (IHMC)放出的一則視頻顯示，Atlas機器人已經能夠在崎嶇、狹窄的環境中自主導航了！

“逆天機器人 Atlas”能夠自主導航了！

大家對 Atlas 機器人一定不陌生。2013 年，波士頓動力公司為美國國防部高級研究計劃局 (DARPA) 的一項挑戰賽創造了 Atlas 機器人，它能走能跑，草地、雪地、碎石地都不在話下，甚至能做 360 度后空翻。它被稱為 “逆天機器人 Atlas”。

盡管有如此驚人的敏捷度，Atlas 機器人在走路時仍然很容易摔倒，尤其是當地面不平整時，雙足機器人很難計算他們的腳應該放在哪里才能保持平衡。

這是因為，Atlas 機器人走的每一步都必須由人類操作員決定，并通過用戶界面輸入。

編程讓機器人在平坦的地面上行走已經夠困難的了，但是佛羅里達人類與機器認知研究所 (IHMC) 正在解決一個更大的挑戰：確保雙足機器人能夠成功地在崎嶇的地形上行走。

該研究所自 2016 年以來一直在研究這個問題。

今天，IHMC 發布的最新視頻（標重點：不是CG！），展示了這個領域的最新進展：機器人可以通過自主步伐規劃算法，在狹窄的地形中自主導航了！

視頻中，IHMC 開發的自主步伐規劃(autonomous footstep planning) 程序正在波士頓動力公司的 Atlas 機器人和美國宇航局開發的 Valkyrie 機器人上運行。

視頻展示了機器人在一堆煤渣塊上面行走，甚至能穿過更窄的路徑，由于導航選項有限，路徑越窄導航就越困難。

操作人員為機器人指定一個開始點和一個結束點，然后映射所有可能的路徑，評估每個路徑的成本，選擇一個最好的路徑，最終到達目標點 —— 所有這些都發生在快速的現代硬件上。

利用 IHMC 的算法，這些機器人還可以快速適應環境變化和路徑障礙，甚至能夠在一條 “獨木橋” 式的狹窄路徑上行走。

該算法使用機器人的傳感器對環境進行調查，并將環境分割成多個部分。每個部分都被分解成一系列的多邊形，從而創建一個環境模型，這樣機器人就可以規劃出從起點到目標點的每一步。

研究人員表示，還有很多工作要做 ——Atlas 機器人在狹窄小路上自主導航行走的成功率是 50%，在崎嶇地形的成功率達到 90%，而在平坦地形的成功率接近 100%。

研究人員計劃提高路徑規劃的速度和能力，在迷宮和看不見的目標環境中測試，第一步是加入一個身體路徑規劃器。

視頻和論文已經提交給 IEEE 2019 類人機器人大會。

詳解Atlas如何自主導航：點云分割、基于圖搜索

IHMC 在視頻中詳細描述了機器人如何做到自主導航的。

為了在一個雜亂或復雜的環境中行走，雙足機器人必須要能夠找出他們可以把腳放在哪個位置，而且需要快速完成這個過程。在參加 DARPA 機器人挑戰賽時，IHMC 團隊需要讓人類操作員通過一個用戶界面來指導 Atlas 的每一步放在什么位置，這個過程非常緩慢，給操作員帶來了很大的負擔。

一旦腳步放錯，機器人就會跌倒 ——IHMC 的 Atlas 機器人在最后一場決賽時毫無預兆地跌倒了……

在這個最新研究中，研究人員使用傳感器獲取機器人周圍環境信息，生成點云，然后將點云分割成平面區域，以更緊湊的形式表示來自傳感器的大量數據。

點云環境模型

有了這個環境模型，目標就變成了規劃一系列的腳步，讓機器人的初始點走到最終目標。

為此，研究人員使用基于圖的搜索技術，如A* 算法，圖中的每個節點代表一個腳步。當展開一個節點時，對 x 和 y 平移進行網格搜索。

在此基礎上，考慮前一步的平移和旋轉，并評估每一步的成本，確定下一步的最佳位置。

通過正確的調優和檢查，這種方法適用于各種各樣的環境。

例如與平地上，它可以很快地規劃目標，成功率接近完美。

當穿越崎嶇的地形時，規劃速度也相當快。

目標位置的改變會機器人避障的最佳路徑。

機器人還能夠利用規劃算法擠著穿過狹窄的通道。

在這種環境下，為了避免與環境發生碰撞，機器人不得不幾乎完全轉向一側。

部分腳印在環境中提供額外的落腳位置，允許機器人在更復雜的地形中行走。

機器人還可以重新規劃路徑。

例如，當 Valkyries 的路徑被阻擋時，它可以重新回到目標的新路徑。

最后一個例子是臺階高低不平的環境，目標地址是較高的平臺。

Atlas 能夠規劃它的路徑先踩較高的煤渣塊，然后回到較低的煤渣塊，一高一低地走，直到到達目標。

Atlas有望成為身手靈活、自主導航的災區救援機器人

Atlas機器人由波士頓動力公司制造，IHMC Robotics編寫了控制、感知和規劃算法，使機器人具備了視頻中展示的靈活性。

現在，Atlas 機器人擁有了在平坦、粗糙和狹窄的路徑上自主導航的能力，這對于幫助災區救援很重要，因為在災區，倒塌的瓦礫使得傳統的救援服務難以進入。