辩论已经进行了两个多星期。2017年夏末，九名工科本科生在瑞士联邦理工学院（ETH Zürich）合作完成了他们的最终项目。他们同意用这学年的时间制造一种机器人，这种机器人可以在平坦的表面上快速移动，也可以爬楼梯。但他们无法就设计达成一致。有几个想法的排名比其他想法高，包括一个带踏板的坦克机器人和两个带风车轮子的机器人变体，它们可以用来推动和拉动自己爬上一段楼梯。有了这些，学生们看到了设计、建造和操作工作机器人的更好机会。但每种设备都有其缺点，比如体积太大、速度太慢或与其他研究人员已经制造的机器人太相似。
最具创新的想法，一个带有轮子而不是脚的双腿跳跃机器人，不是最喜欢的。每个人都可以看到设计和编程这样的机器是多么困难。他们必须克服许多工程和软件挑战，以在滚动时平衡它，更不用说跳跃。它似乎是不可能的。“我反对跳跃机器人，”机械工程学生团队成员克莱姆·克莱姆说。“只要在两个轮子上执行跳跃并重新获得稳定性，机器人必须非常敏捷，并且具有前沿运动控制技术。”
突然，团队成员弗洛里安·韦伯(Florian Weber)说话了。机械工程专业的学生莱昂内尔·古利奇回忆说:“他说，‘伙计们，让我们试试跳这个吧，因为尽管这可能是最难的，但却是最酷的，这可能是我们生命中最后一次有选择的机会了。’”韦伯逐渐说服了一个又一个学生，直到每个人都同意了。
这个决定最终产生了Ascento它是一个两足机器人，重23磅，能在平地上以每小时5英里的速度滚动，垂直跳跃14英寸而不会摔倒。它可以跳过障碍，慢慢地跳上一段楼梯。车载摄像头和传感器可以创建周围环境的3D地图，并与视觉和路径规划算法相结合，使机器人能够自主驾驶。
“只要在两个轮子上执行跳跃并重新获得稳定性，机器人必须非常敏捷，并且具有前沿运动控制技术。”
维克多·克莱姆，ETH Zürich机械工程专业的学生
领先一步
到了9月份开学的时候，这9名工科学生根据自己的兴趣分成了4个小组:电子、软件控制、建筑与设计、感知与计算机视觉。他们有五周的时间构建一个原型，并在三次中间演示的第一次展示他们的进展。利用ETHZ现有的办公空间，他们开始每天开会，勾画出能够爬楼梯的机器人的构想。他们用MATLAB提出了20个概念®为了评估基本动作，将它们煮到四个似乎最有可能的选项。从那里，他们从纸板和乐高建立了原油的物理模型®块和创建3D计算机辅助设计图纸。ascento-a由感知和计算机视觉团队成员Nicolaküng的初期建议的名称开始汇集在一起。
在几周内，学生们手中有了一个坚实的设计，并能够3D打印出他们的第一个机器人身体原型。
Ascento团队使用乐高积木和定制的3d打印和激光切割组件来测试各种车轮和机器人设计。图片来源:ETHZ
在这些概念阶段，很明显，如果他们想要一个轻量级的，耐用的机器人，他们需要保持最小的机载电机和电子设备。学生们使用MATLAB中的一种优化工具，将注意力集中在一种不同寻常的腿部设计上，这种设计使每个髋关节只有一个腿部马达成为可能。它的设计是这样的:每条腿有一根小腿骨(在膝盖和车轮之间)，但有两根股骨。其中一个股骨连接一个机动髋关节和一个有弹性的膝关节来控制跳跃。另一根股骨与第一根平行，连接一个大头针关节和另一个膝关节，以在机器人驾驶时稳定它。两块股骨的形状和它们与小腿骨的连接类似于一个平行四边形。在几周的时间里，学生们手里就有了一个坚实的设计，在建筑和设计小组成员多米尼克·曼哈特(Dominik Mannhart)的大力帮助下，他们能够3d打印出机器人身体的第一个原型。
当时是10月，第一次中期报告截止日期迫在眉睫。Gulich和他的队友Marcus Vierneisel与Klemm都是软件控制团队的成员，他们感到必须让机器人在轮子上保持平衡。他们清理了大学周围的车轮马达、传感器和其他电子部件，将它们添加到Ascento，并整合了一个控制系统，使机器人在缓慢前进和后退时保持稳定。这是一项重大成就。在仅仅五周的时间里，他们已经从20个不同的机器人草图变成了一个能够在轮子上保持平衡而不会翻倒的工作模型。
“这给人留下了很酷的印象，”Klemm说。该团队很欣喜若狂。“但它也被证明是一个陷阱，”他说。黑客平衡系统不足以适应更快，更强大的电机，电脑控制系统最终需要保持稳定，因为它开车并跳起来。下次演示是在圣诞节之前安排的，前提的道路比实现的团队成员更长。
该团队使用3D打印机制作了Ascento机器人的第一个原型。图片来源：ETHZ
平衡
因为物理管辖系统的动态，所以让机器人正常工作是一个数学问题。Klemm是任务的，将物理系统转换为数学模型。为此，他使用了各种结构元素的群众，移动部件的惯性，以及其他信息来派生在Matlab中的方程，所以描述理论上是如何移动的。接下来，他将这些方程插入Simulink万博1manbetx®建立计算机模拟。在那里，他不仅进行了测试，让他更好地了解机器人的能力，而且还设计了原型算法，以产生最佳的运动。例如，在模拟中，机器人通过首先感觉到它的上半身向前倾斜，然后加速它的下半身追赶，来防止自己前倾。
克莱姆说，一个人也会做同样的事情。“如果你站着，开始向前跌倒，你就会向前一步，重新获得平衡。”
该团队使用MATLAB和SIMULINK调整平衡算万博1manbetx法，一旦它们在仿真中运行良好，将调谐参数转移到真实的ASCONO机器人。在12月底临近，学生们拥有更好，更强大的电机和传感器安装在机器人的第二次迭代上。但每次他们都跑了一个测试时，机器人都会翻倒。它们会对机械进行故障排除，重新测试Simulink中的控制算法，转换代码，并在机器人上重新安装，它会下降。万博1manbetx它在几周内像这样继续下去。“我们非常震惊。我们想，'是的，我们得到了新的硬件，电池，传感器，我们有一台电脑，我们得到了昂贵的电机，现在一切都应该比以前更容易。“但是，这不是，”klemm说。
在第二次演示的截止日期前几天，包括克莱姆、古利奇、科伦廷·菲斯特(Corentin Pfister)和亚历山德罗·莫拉(Alessandro Morra)在内的几名学生上了两个通宵班，努力让机器人稳定下来。它就是不平衡。在演示当天，团队展示了他们的状态，并播放了一段机器人疯狂地来回摆动的短视频。队员们很失望，但很坚定。一个朋友问克莱姆是否准备放弃。克莱姆说:“我告诉他，如果我不能在5月份之前达到平衡，我就放弃工程专业。”
例如，在模拟中，机器人通过首先感测其上身向前倾斜然后加速其下半身以赶上时，机器人保持向前倾斜。
一个小跳
在2018年春天，机器人团队正在取得进展。他们实施了一个大变化，可以提高成功机会：他们使用USB端口停止，用于向Ascento的电机发送命令并切换到专为任务专门设计的通信协议。称为控制器区域网络的协议是针对电动通信和高速进行了优化的。有了它，他们增加了从每秒20到400每秒到400的电机的命令数量。模拟没有错;信号花费太长，无法进入电机。这是众多学习时刻之一。“在后古，使用USB端口是天真的。没有适当的工程师会这样做，“Gulich说。
但即使有了新的协议，他们也无法让机器人稳定下来。复活节临近，第三场演讲将在两周后举行。古里奇和他的一些队友去度假了。其他一些人，包括克莱姆，留下来继续Ascento的工作。由于无法解决平衡问题，克莱姆和莫拉开始向其他工科学生和教员征求意见。一个博士。这名学生观看了机器人坠落的视频并查看了团队的一些数据，他说他认为倾斜传感器看起来很奇怪。团队成员发现，没有对设置进行平衡调整，这会缩短反应时间。他们进行了调整，在20分钟内，机器人稳定了下来。
“这真是一个伟大的时刻。这只是一个设定，我们调整了它，它完美地平衡了。我们超级开心，”克莱姆说。
离最后的演示还有三周，他们还得改进机器人的驾驶能力，让它保持稳如磐石的平衡，并让它跳跃。控制组开始轮班，只睡6个小时就回去工作了。一些团队成员会花一天时间取得尽可能多的进展，然后将其交给下一个团队。他们让机器人跳了起来，但着陆时很困难。在一个学生接住它之前，它几乎要掉下来了。
就这样持续了好几天。然后有一天晚上，当克莱姆和古里奇睡觉时，包括维尔尼塞尔和西罗·萨尔兹曼在内的团队成员让机器人跳跃并垂直着陆。古里奇醒来时看到手机上有一段视频。团队中的每个人都冲进办公室亲自去看。他们打开了一瓶香槟，这瓶香槟是从项目第一周开始就放在冰箱里的。
Ascento与现有的团队成员，从左起，Dominik Mannhart, Ciro Salzmann, Alessandro Morra, Lionel Gulich，和Victor Klemm。图片来源:ETHZ
“[跳跃机器人]是所有想法中最酷的，现在这是两年后，我们仍然爱上了轮子和腿和跳跃的技术。”
Lionel Gulich，Ethzürich的机械工程学生
当Klemm和Gulich回顾他们的经历时，他们都说很高兴他们选择了最难的机器人。“这是所有想法中最酷的，现在已经过去两年了，我们仍然完全热爱轮子、腿和跳跃的技术，”Gulich说。
克莱姆说，如果他们选择了一个更简单的机器人，他们早在两年前就完成了，而且会各奔东西。虽然它可以很容易地跳过楼梯的高度，但它需要一个滚动启动。他们想加快速度。九名学生中有五名在研究生学习期间留下来继续改进Ascento。他们都将大学研究的一部分集中在机器人的技术方面，发表了两篇学术论文，并在一些会议和活动上发表了论文。
该团队将机器人视为可定制的平台，可以支持一系列传感器，例如热摄像机，麦克风，激光扫描仪或化学传感器，这可以根据工业需求交万博1manbetx换。例如，紧凑型机器人可以检查仓库库存，寻求工业区的化学泄漏，或映射新的建筑工地。它甚至可以为幸存者搜索灾难区。他们希望在三个月内准备好的下一个版本的Ascento将更紧密地代表这个理想的最终产品。
对克莱姆来说，那一天将是苦乐参半的。“有很多事情要做，这是一个非常有趣的系统，”他说。“我不想让它结束。”
