據中國盲人協會公布的數據顯示， 目前中國視障人士群體約為1700萬至1731萬之間，而現役導盲犬的數量卻僅有400只左右，遠遠不能滿足視障人士的需求。 四足機器人作為導盲犬的最佳替代品，近幾年開始逐漸被人們所關註， 此前杭州亞殘運會上，杭州宇樹科技就展示了使用Unitree B2四足機器人作為導盲犬，進行奧運火炬傳遞的工作 ，引起眾多媒體爭相報道。
近日，
BBC News報道了上海交通大學機械與動力工程學院高峰教授團隊研發的六足導盲機器人。
據高峰教授介紹， 「導盲六足機器人」具有視覺環境感知功能，可自主導航至目的地、動態躲避障礙、辨識紅綠燈等。 該款導盲機器人如果透過批次化生產、人工智能輔助，可有效降低成本、提升智能，可解決導盲犬數量短缺的問題。
不僅如此，透過後台建立完整的互聯網服務體系，導盲機器人還可以實作居家陪護、應急處理，帶領視障人士前往更多目的地等功能。
▍導盲六足機器人構型與模組化設計
六足機器人是一種模仿昆蟲行走方式的機器人，其設計靈感來源於自然界中生物的高效移動能力。相比於四足機器人或其他輪式、履帶式機器人，六足構型具有顯著的穩定性優勢。 三足同時落地的設計使得機器人在行走過程中能夠保持更好的平衡 ，即便在崎嶇不平或動態變化的環境當中也能保持進行的穩定性。此外， 六足機器人每個腿部都可以獨立控制，能夠根據地面的高低起伏靈活調整步伐 ，進一步增強了行走的穩定性和適應力。
在六足機器人設計方面， 高峰教授團隊采用了模組化設計思路，模組化的優勢不僅在於制造和維護成本更低，同時也能夠根據不同任務需求更換或升級功能模組 。在導盲套用中，機器人可以搭載高畫質網絡攝影機、激光雷達、語音辨識模組等，以實作視覺環境感知、自主導航和智能互動等功能。
▍搭載自研環境感知與自主導航技術
環境感知能力的好壞直接影響六足機器人的導航效果，也是六足機器人底層的技術基礎， 高峰教授團隊透過多傳感器數據緊耦合方式，建立了雷達-慣性裏程計系統，透過滑動視窗法耦合歷史幀數據，大幅減少點雲運動畸變，並設計了多維度的狀態殘留誤差，顯著提高了系統狀態估計的精度和魯棒性 ，實作了三維環境地圖的精準建立與機器人自身的精準定位。
而基於全域環境地圖和即時感知的局部動態地圖， 高峰團隊采用模型預測和即時捲動最佳化方法實作機器人的路徑規劃和自主避障 ，敏捷自主躲避靜態和動態障礙物，保障導盲任務的安全性。
根據室內導航任務需求， 團隊制定了室內場景的多層導航策略，構建了層次拓撲地圖實作室內全域路徑規劃。針對室外場景，基於環境地圖結合GPS資訊進行多傳感器融合，大幅提高定位與導航精度 。團隊還 利用深度相機，透過深度學習和數碼影像處理技術實作對交通訊號的辨別 ，保障使用者出行安全。
針對台階、樓梯等典型地形環境， 團隊采用多約束最佳化演算法規劃機器人穩定行走步態，透過采集機器人腿部足端力覺資訊，使用機器學習方法來即時辨識足-地接觸模型，可實作機器人對不同地形的自適應動態敏捷柔順行走。
在非結構化動態變化環境下，六足機器人還需具備即時避障能力。基於導盲機器人的動力學模型， 高峰團隊構建了層級遞進式的外力估計、觸地檢測、坡度估計、運動狀態估計等模型演算法。 這些演算法融合了機器人的關節資訊、慣性導航、行為節律、歷史狀態等多源資訊，進行了多目標整合的狀態觀測和反饋最佳化的平衡控制。為此，導盲機器人能夠在各類地形場景中實作自律協同控制效果。
▍配備聽覺、觸覺和力覺互動方式 導盲機器人最大速度達3m/s
如何與視障人士建立有效的溝通機制非常重要，讓導盲六足機器人理解視障人士的意圖的同時維持機器人自身動作協調，是導盲機器人的首要任務。
團隊在導盲六足機器人上整合了聽覺、觸覺和力覺三種互動方式 ，在聽覺互動方面，導盲六足機器人內建了高效能的語音辨識模組，基於深度學習的端到端語音辨識模型，能夠準確理解視障人士的語音指令。目前， 該模組的語音辨識準確率已超過90%，響應速度在1秒之內 ，滿足了即時互動的需求。
觸覺和力覺互動則透過盲杖實作。 盲杖不僅是導盲的傳統工具，也是機器人與盲人之間的重要互動工具。 機器人透過盲杖向盲人提供穩定的牽重力和精確的轉向力矩，引導盲人前進和轉向。 同時， 盲人也可以透過推拉盲杖來動態調整機器人的行走速度，實作力覺反饋控制。 這種獨特的互動設計不僅增強了機器人的實用性，還提升了盲人的行走安全性和舒適性。
目前該機器人最大速度達3m/s ，能夠滿足盲人慢走、快走、跑步等出行需求，且 六足的獨特構型優勢確保機器人可以低雜訊穩定行走 。其六足的獨特構型設計確保了機器人在行走過程中具備低雜訊和穩定性。
▍高峰團隊聯手索辰科技加速推進商業化落地
從實驗室到真正落地套用，對於導盲六足機器人來講，還需要充分考慮制造成本、渠道推廣、數據支持、營運維護、產品推廣等方面的工作。 為此，高峰團隊聯合索辰科技展開導盲六足機器人的商業化落地推廣需求。由上海交通大學負責基礎理論研究和關鍵技術攻關，索辰科技負責產品工程化以及產業化運維和推廣。
據悉， 索辰科技是一家專註於CAE（電腦輔助工程）軟件研發、銷售和服務的高新技術企業，該公司於今年成立機器人事業部，該部門受命開發針對機器人行業的專業軟件和解決方案，為機器人及相關產品的設計、開發、實驗、驗證過程提供軟、硬件工具與整合方案。 此次與上海交通大學合作的導盲六足機器人是該部門面向商業化落地的重要專案之一。機器人大講堂認為，對於這款導盲六足機器人而言，接下來需要解決的是生產成本與安全性驗證問題。未來2-3年內，我們將有機會見到真正的導盲機器人上崗，服務更多的視障群體。
