腾讯Robotics X实验室人居环境机器人“5号”

腾讯Robotics X实验室最新研发成果人居环境机器人“5号”（The Five，小五）正式亮相，小五具备一系列创新技术和能力，目标是成为可以与人居环境和谐相处的通用机器人。

小五机器人总体图及主要的技术参数

作为腾讯Robotics X实验室最新一代机器人，小五集合了此前多代机器人研发的核心能力，融合了四腿轮足复合设计、大面积触觉皮肤、多指灵巧手以及安全人机物理交互等多项自研技术，实验表明，小五可在真实人居环境中完成行走、搬运物体等动作，处理复杂任务，与人进行交互。

[color=var(--weui-FG-1)]
腾讯RoboticsX实验室


[color=rgba(255, 255, 255, 0.9)]
，赞1893

本体设计兼容并蓄：四腿轮足复合设计，让机器人走得更快更稳

小五与此前的机器人最大的不同，是在本体上采用了四条直线腿和轮足复合的设计，既保持了足式机器人的越障能力，也保持了轮式机器人运行的效率，让机器人在平地上有更快的速度。

在运动模态方面，在平地上，小五可以切换四轮模态、两轮模态运动。在四轮模态下，小五可以根据不同的负载需求和环境空间，通过交叉腿的设计，扩大和缩小支撑空间。在不平整地形上，小五使用可伸缩的直线腿配合主动力控，实现弹簧悬挂的效果，从而保证上半身平稳。在楼梯和马路牙子等场景，小五可以采用轮足复合的形式，顺利走过去。

轮腿足的组合变换

负载能力上，小五通过直线腿设计有效提升承载能力，每条直线腿可以单独伸长缩短，可以根据不同的作业空间需求，调整支撑高度，从而实现“上摸高、下摸地”的广阔作业空间，例如帮助用户取放高处的物品，或者在低矮的空间中操作。

自主折叠
除了运动模态和负载能力，小五还可以自主折叠与展开，当不需要工作时，小五可以自主折叠起来，减少占用空间，方便运输。
除了形态创新之外，根据腰部大负载的需求，小五采用自研的双编码器大扭矩密度的执行器，让机器人能够更有力量，同时也在手臂上部署了自研的具有180个检测点的大曲面覆盖触觉皮肤，这使得小五能够拥有更加敏锐的“感官”，可以根据外界环境的变化作出相应的反应。

【左】大扭矩密度的执行器 【右】大面积曲面触觉皮肤

统一的控制框架：更强的感知、更灵活的控制

面对人居环境中多样复杂的任务，小五需要具备兼顾灵敏的移动能力和灵巧的操作能力，这对机器人的控制提出了较高的要求。

小五基于统一的控制框架，通过感知环境信息实现地形识别和精准定位，进而实现了对多地形的自主适应，移动与操作一体化的全身运动控制，及各模态下稳定、高效、灵敏的移动能力。

统一的控制系统框图

小五统一框架大致分为三个模块，首先是大范围复杂环境下高精度视觉感知定位和状态估计，腾讯Robotics X实验室基于激光雷达和IMU等传感器搭建了一套高频、低延迟、高精度的实时在线定位和建图（SLAM）系统，并与轮足复合里程计进一步融合，可以让小五更好地感知环境和自身状态。

养老院室内外场景定位建图结果

其次是多层级（路径级-轨迹级）的在线运动规划，小五可以利用激光雷达和RGBD相机等传感器数据，实时检测周围环境中的动静态障碍物，并在线规划最优路径和控制指令，避免碰撞和意外发生，确保在复杂环境中安全高效地完成任务，比如携人推轮椅主动避障。
推轮椅过程中携人避障
最后是面向多地形适应移动操作一体化的全身运动控制。如遇到有障碍的地形，比如人居环境中常见的楼梯，小五会移动到楼梯附近，将自身模态由四轮运动模态调整到四足站立模态，进而通过楼梯地形。上楼梯过程中，小五可以结合周边精确的台阶地形和自身状态估计，会规划出在台阶上可达的落脚点位置，生成一系列的后续时刻质心轨迹。随后，全身运动控制器会根据机器人的全身动力学模型、质心轨迹和落脚点信息，解算出各关节控制指令，控制小五上楼梯。上完楼梯后，小五可以从四足迈步模态切换回四轮运动模态，方便以更加高效、节能的姿态，在平地上完成其他复杂、多样的任务。
进一步的，小五具备有腿部主动力控能力，这一能力类似于汽车的主动悬挂功能，能够适应各种复杂地形，如平地、斜坡、波浪坡、鹅卵石地面等常见家庭和市政地形，无需对现有的人类居住环境进行改造。在该模式下, 小五根据力传感器和轮足里程计实时估算地面接触点，利用自适应阻抗控制和全身运动控制算法使得机器人可以适应不同地形, 且关节控制模块中采用自适应无模型摩擦补偿算法实时补偿摩擦力,使得它可以在低速和高速时平滑运动,提升力控制的准确性和稳定性。

上楼梯

主动悬挂

安全多模态人机物理交互：让机器人更加亲切依托触觉和视觉感知，以及识别、规划和控制算法，小五能够与人类进行安全舒适的物理交互，并准确地理解、预测并满足人类的日常行动需求，例如辅助老人行走和坐立等。

人机物理交互辅助老人起身

安全、舒适的人机物理交互依赖于机器人对人的需求、状态、物理交互过程以及自身能力的深入理解和建模。

以抱扶为例，为了帮助老人完成这一日常动作，小五需要综合考量老人从坐到站运动过程的特点、老人的身体状态（如运动能力及物理需求）、小五本身的物理能力等问题。

为了实现这一目标，腾讯Robotics X实验室提出了机器人抱扶过程最优控制模型。该模型考虑了老人本身的运动能力（如关节运动范围、驱动能力等）、身体结构（如身高、体重等）、站立过程的运动特性、机器人抱扶过程的负载分布等因素。

此外，为了使该模型更符合老人个性化的运动特性，团队通过采集了少量老人的抱扶数据，让模型从中学习出符合被抱扶老人的最优模型参数，从而使该模型更符合老人被抱扶站立的运动特性。

人-人抱扶过程数据采集

此外，多模态感知系统也是实现人机交互的关键模块之一，它为小五赋予了类似人类的感知能力，使其能够更精准地识别人类和复杂的人居环境。
在这些感知模块中，视觉和触觉系统扮演着至关重要的角色。视觉系统使小五能够快速定位和识别人类的状态，从而更有效地进行交互和响应。
在抱扶老人的过程中，高分辨率的触觉系统能够帮助小五以更安全和精确的方式提供支持和辅助，有效避免对老人造成不必要的压力或伤害。这些技术的整合不仅提高了小五的功能性，也增强了其在实际操作中的敏感性和人性化表现。

   

视觉（upper）及大面积触觉（lower）感知系统

走向人机和谐共处的未来

腾讯Robotics X实验室致力于推动人机共生的发展，小五这一创新原型机已经在实验室环境下展示强大的运动和控制能力。
在未来的智能家居中，机器人将不再是冷冰冰的机器，而是人类生活的伙伴和助手，也是具身智能的一个优秀载体。通过小五的智能化和人性化设计，用户能够体验到更加自然和亲切的互动，让机器人真正融入日常生活。