来源｜机器人大讲堂

文｜Robospeak

机器人也踢世界杯？而且还是每年一次？

见过了各种跑酷、跳舞、翻跟头的人形机器人，机器人会踢足球似乎也不是什么新鲜事了。不过有这样一个竞赛，每年都把全世界的人形机器人集结起来，一决高下，还是值得围观一看的。

众所周知，RoboCup是国际上最具水平和影响力的机器人赛事，它每年举行一次，不仅具有很强的趣味性、科普性与观赏性，还为机器人学、人工智能、多智能体系统、模式识别、计算机视觉等前沿学科提供了理想的仿真与实验平台。

在最近几年的RoboCup中，一只队伍突出重围，连续几年都取得了不菲的成绩，来看看它在球场的精彩时刻：

赛前准备，先探头探脑的观察下地形：

上场后立马锁定足球，敢和我抢球？撞倒你！

团团围住，准备射门：

诶？差一点就进球了？

队友帮忙补一脚，球进啦！

这是由德国汉堡大学制造的WF Wolves战队，它是一个专为 RoboCup 设计的开源人形平台，他们没有使用RoboCup中常见到的圆头圆脑的达尔文型机器人，而是开发了自己的战队机器人，在灵活性、稳定性上都得了很大的提升。

01

足球运动员的养成第一步：扛摔

要成为一名合格的“足球运动员”，机器人首先要扛得住摔，那就要在硬件上下功夫。

抗摔的第一步：体重不能太重。

WF Wolves机器人的制作材料为碳纤维，这是一种非常轻便的材料，可以保证机器人的轻盈体态；其次，机器人由许多3D打印组件制成，可以简单地进行快速原型制作。

抗摔的第二步：关节缓冲，以免“骨折”。

机器人的膝盖使用扭矩弹簧来减少关节的负荷，头部和肩膀均采用了3D打印的弹簧元件，允许关节在受到冲击时移动，以免损坏电机。

抗摔的第三步；主动避免伤害。

即便有了轻盈的体态和弹性关节，如果受到强烈撞击让机器人直挺挺的倒在地面上，那依然无法避免损害。研究人员利用了故障检测算法，一旦检测到机器人受到撞击摔倒，会立刻将手臂移到安全位置，主动避免伤害。

02

要么不跌倒，跌倒也要立刻站起来

抗摔设计是必须的，不过当在球场上受到撞击时，机器人最好不要跌倒，可以继续走路并保持平衡，WF Wolves在这方面也表现的很好，研究人员用一个装满的大桶水以一定的加速度撞击正在踏步走的WFWolves，来测试它是否能够承受一定的撞击力。

虽然机器人有点向后仰的趋势，但总体看来还不错。

此外，还对WF Wolves进行了反应力测试，就是测试它是否能在摔倒后立刻站起来。

研究人员毫不客气踢了WF Wolves的屁股一脚，机器人倒下去的同时“下意识”的立刻缩回手，避免胳膊关节受损：

之间它趴在地上的下一秒，手臂来了个360度转体，以跪卧的方式站起身来：

（图片是没有加速过的哦）

不同的倒地方式丝毫不会影响机器人的快速反应并站立起身的能力，如果是后仰倒地，机器人可以“鲤鱼打挺”站起来：

侧面倒下去也没问题：

03

跟踪目标，准确进球

底层基础建好了，可别忘记足球赛最重要的是得分。

在踢球时，机器人需要区分场上障碍物和目标足球之间的区别，对于我们人类来说，这听起来微不足道，但机器人一开始并没有将足球视为足球的概念。

研究人员利用卷积神经网络为球场提供了更多定位，可以检测到足球、球场界限、球门柱等，用De-Noise去噪以提高足球检测，避免运动模糊。

机器人不完全依赖于视觉系统，为了防止机器人忘记了球的位置，在不依靠视觉的情况下，研究人员开发了一种基于粒子滤波器来更可靠的跟踪足球，这样即使WF Wolves没有看到球门，也能知道将球踢往哪里。

WF Wolves是一个开源的机器人项目，更多资料戳：

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

【参考链接】

https://github.com/bit-bots/wolfgang_robot

https://bit-bots.de/en/

https://www.youtube.com/watch?v=16JhWl9DK6A

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