“你好小狗，我要走到学院(yuan)大厅。”戴着眼罩的测试者手中握着导盲杖，杖的另一头连着一只六足机器小狗。测试者说完，小狗在原地抬起(qi)六足，蹬几下地，然后缓缓牵引身后人向前走。测试者若(ruo)是“心急”推推导盲杆，那小狗便会接收到指令，默默加快(kuai)步伐。
这是一款来自(zi)上海(hai)交(jiao)通大学机械与动力工程学院(yuan)高峰教授(shou)团队研发的“六条腿”导盲机器人。在刚刚过去的由中国残联主办的“科技助残 共(gong)享美好生活”展(zhan)会上，这款机器人吸引了众多人的目光。5月(yue)28日，高峰在上海(hai)交(jiao)大对这款机器人进行了一次集中介绍(shao)。
据高峰介绍(shao)，“导盲六足机器人”具(ju)有视觉环境(jing)感知功能，可自(zi)主导航(hang)至目的地、动态(tai)躲避障碍、识别(bie)红绿灯等。该(gai)款机器人如(ru)通过批量化生产、人工智能辅助可有效降低成本(ben)、提升智能，可解决导盲犬数量短缺的问题(ti)。不(bu)仅(jin)如(ru)此(ci)，通过后台建立完整的互联网服(fu)务体(ti)系，导盲机器人还可以实现居家陪护、应(ying)急处理，带领盲人抵达更多地方等功能。
高峰在上海(hai)交(jiao)大对“导盲六足机器人”进行介绍(shao)。本(ben)文图片为 澎湃新闻记者 邹(zou)佳雯(wen) 图
突破人机交(jiao)互技术(shu)，让导盲机器人成为视障人士的“第二双(shuang)眼睛(jing)”
为什么会研究(jiu)导盲机器人？
高峰谈到，据世界卫生组织统计，我国视障人士已经突破1700万人，这意味着每(mei)100人中就有至少一位视障者。但是，和庞大的视障人士数量对比(bi)，全国现役(yi)导盲犬数量仅(jin)几百只。不(bu)仅(jin)如(ru)此(ci)，导盲犬的培育(yu)还需要极高的培训成本(ben)，以及极长(chang)的训练周期，并且(qie)许多场(chang)合能否允许工作中的导盲犬进入尚处于讨论当中，仅(jin)仅(jin)依靠导盲犬远远不(bu)能满足我国千万余名视障人士的需求。基(ji)于此(ci)，团队开始(shi)了导盲六足机器人的研发工作。
高峰介绍(shao)，和盲人建立有效沟通，让导盲机器人在理解使用者意图的同时维(wei)持机器人自(zi)身动作协调，是导盲机器人的首要任务。
团队在导盲机器人上集成了听觉、触(chu)觉和力觉三种(zhong)交(jiao)互方式，实现盲人与导盲六足机器人之间的人机智能感知与顺应(ying)性行为。机器人可根据盲人的语音指令，基(ji)于深度学习端到端语音识别(bie)模型理解语义信(xin)息，快(kuai)速响应(ying)、准确识别(bie)，目前语音识别(bie)准确率为90%以上，响应(ying)速度在1秒之内。
高峰团队研制的“导盲六足机器人”
此(ci)外，机器人可通过语音下发指令，如(ru)启动、停止、设(she)定目的地、加速、减速等，同时实时反馈行走和环境(jing)状况等信(xin)息，实现双(shuang)向智能交(jiao)互。盲杖可以实现盲人与导盲机器人之间的力觉交(jiao)互，向盲人提供牵引力和转向力矩，引导盲人前进和转向。盲人也可以推拉盲杖来动态(tai)调整机器人的行走速度。目前机器人最大速度达3m/s，能够满足盲人慢走、快(kuai)走、跑步等出行需求，且(qie)六足的独特构型优势确保机器人可以低噪声稳定行走。
人机交(jiao)互与机器人自(zi)律(lu)协同控制是机器人融合感知信(xin)息、任务需求、人机交(jiao)互的指令，利用逻辑推理、自(zi)律(lu)决策，可实现智能导盲作业行为。基(ji)于导盲机器人的动力学模型，高峰团队构建了层级递进式外力估计、触(chu)地检测、坡度估计、运动状态(tai)估计模型算法，融合机器人关节、惯(guan)性导航(hang)、行为节律(lu)、历(li)史状态(tai)等多源(yuan)信(xin)息，进行多目标集成的状态(tai)观测和反馈优化的平衡控制，由此(ci)，能够实现导盲机器人在各类地形场(chang)景中自(zi)律(lu)协同控制效果。
已进入实地测试阶段，将(jiang)加快(kuai)落地实用
导盲机器人在复(fu)杂地形行走需要更高的自(zi)主规划能力，这类自(zi)主规划功能通常包含地面信(xin)息的获取和建模、定位导航(hang)、落脚点的选择、身体(ti)位姿规划以及连续运动的规划等。
定位精(jing)准是导盲任务的核心要求之一，团队通过多传感器数据紧耦合方式，建立了雷(lei)达-惯(guan)性里程计系统，通过滑(hua)动窗口法耦合历(li)史帧(zhen)数据，大幅减少点云运动畸变，并设(she)计了多维(wei)度的状态(tai)残差(cha)，显著提高了系统状态(tai)估计的精(jing)度和鲁(lu)棒性，实现了三维(wei)环境(jing)地图的精(jing)准建立与机器人自(zi)身的精(jing)准定位。
而基(ji)于全局环境(jing)地图和实时感知的局部动态(tai)地图，科研团队采用模型预(yu)测和实时滚动优化方法实现机器人的路径规划和自(zi)主避障，敏捷自(zi)主躲避静态(tai)和动态(tai)障碍物，保障导盲任务的安全性。
根据室内导航(hang)任务需求，团队制定了室内场(chang)景的多层导航(hang)策略，构建了层次拓扑地图实现室内全局路径规划；针对室外场(chang)景，基(ji)于环境(jing)地图结合GPS信(xin)息进行多传感器融合，大幅提高定位与导航(hang)精(jing)度。团队还利用深度相机，通过深度学习和数字图像处理技术(shu)实现对交(jiao)通信(xin)号的辨(bian)别(bie)，保障使用者出行安全。
针对台阶、楼梯等典型地形环境(jing)，团队采用多约束优化算法规划机器人稳定行走步态(tai)；通过采集机器人腿部足端力觉信(xin)息，使用机器学习方法来实时辨(bian)识足-地接触(chu)模型，可实现机器人对不(bu)同地形的自(zi)适应(ying)动态(tai)敏捷柔顺行走。
高峰介绍(shao)，目前，团队研发制成的导盲机器人已进入实地测试阶段。在整个研究(jiu)推进过程中，由视障人士参与线下展(zhan)示与功能测试，未来团队也将(jiang)根据视障人士的实时反馈，对机器人持续研发、调试。
此(ci)外，导盲机器人的实际应(ying)用，不(bu)单单是机器人本(ben)身的应(ying)用，还需要后台大数据的支持，需要强大的运维(wei)团队的支持以及一系列推广普(pu)及的测试。据了解，高峰团队还与索(suo)辰科技密切合作，面向导盲机器人需求，开展(zhan)了商业化推广。上海(hai)交(jiao)通大学负责基(ji)础理论研究(jiu)和关键技术(shu)攻关，索(suo)辰科技负责产品工程化以及产业化运维(wei)和推广，双(shuang)方共(gong)同努力，并借助社会力量，加快(kuai)导盲六足机器人的落地使用，为改善我国视障人士生活贡献一份力量。