對于機器人來說，重力可能不是好事。雙足機器人的行走是一大難題，而且經常摔倒。雖然機器人摔倒后自己站起來也很驚艷，但如何讓機器人減少摔倒呢？杜克大學研發新算法，讓機器人在失去平衡的一瞬間采取糾正措施——扶一下墻。研究人員稱，這是首個摔倒時會自己扶墻的機器人。

對于機器人來說，重力或許不是好事。

DARPA機器人挑戰賽有一個病毒傳播的視頻，其中各種各樣的人形機器人搖搖晃晃、笨拙地摔倒。

像這樣：

這樣：

還有這樣：

等等，DARPA機器人挑戰賽是不是一項看機器人摔倒的比賽？當然不是。

對于機器人來說，兩足行走是相當不穩定的。這是機器人研發的一大挑戰，不僅是因為機器人要努力完成挑戰任務，而且，摔倒會損壞這些非常昂貴的機器。

扶墻：利用周圍的環境防止摔倒

世界各地的機器人專家都在努力解決這個問題，提出各種各樣的方案。杜克大學Kris Hauser的研究組希望在機器人失去平衡后添加一系列糾正措施，就像人類在被絆倒后會撐一下，他們希望機器人能夠利用周圍的環境。

“如果一個人被推向墻壁或欄桿，他們能夠利用墻壁或欄桿的表面，用手撐一下以保持直立。我們希望機器人也能這樣做。”杜克大學電子與計算機工程系副教授KrisHauser說：“研究如何讓機器人動態地選擇手放置的位置，以防止摔倒，我想我們是研究這個領域的唯一一個團隊。”

人形機器人（實驗里的這個機器人名為ROBOTIS Darwin Mini）通過扶著墻壁穩定自己，以減少摔落的傷害。

利用周圍的平面防止摔倒：

這樣：

還有這樣：

雖然這樣的決定和行動對于我們人類來說是第二天性，但把它們編程成機器人的反應卻很難。為了簡化過程并節省計算時間，Hauser對軟件進行編程，使其只關注機器人的髖關節和肩關節。

系統硬件框圖及控制流程

只要機器人在跌倒時沒有發生扭曲，穩定算法（stabilization algorithm）就只考慮三個角度：腳到臀部、臀部到肩膀、肩膀到手。機器人必須識別可接近的附近的表面，然后快速計算出最佳的角度組合，才能穩住自己。

在矢狀面和額狀面采用倒立擺模型進行跌落檢測。紅色箭頭表示質量中心的速度。

本文使用的是三連桿模型，如圖所示。機器人被分成三個部分：腿，軀干和手臂，每個部分都被建模為剛性連接。

在最終的解決方案里，當機器人的手接觸到表面時，能將沖擊力降到最低，同時將手或腳滑動的可能性降到最低。該算法進行最佳的猜測，然后用名為direct shooting的方法逐步優化。

實驗中的最優控制器的例子

在當前的狀態下，該機器人擁有的是輸入給它的環境信息，因此無法自行導航。但在不久的將來，Hauser計劃將它升級為大型機器人，擁有能夠看到周圍環境的相機傳感器。

“希望到今年年底之前，我們能夠對這個機器人進行實驗，讓它實際地在一個現場障礙賽道上工作。”Hauser說，“然后，我們將嘗試讓機器人動態地繪制出它周圍的地圖，并且推斷出如何在任意環境中保護自己免于摔倒。”