这场辩论已经进行了两个多星期。那是2017年夏末，9名工科本科生在瑞士联邦理工学院Zürich (ETH Zürich)合作完成了他们的最后一个项目。他们同意用这一学年的时间来制造一个能在平面上快速移动并能爬楼梯的机器人。但是他们在设计上意见不一致。有几个想法排名靠前，包括一个带踏板的坦克机器人和两个带有风车轮子的机器人变种，它可以用风车轮子推动和拉自己上一段楼梯。有了这些，学生们看到了更好的机会设计、建造和操作一个可工作的机器人。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过于相似。
其中最具创新性的想法是设计一个有轮子而非脚的两腿跳跃机器人，但并不受欢迎。每个人都能看出设计和编写这样一台机器是多么困难。他们必须克服许多工程和软件上的挑战才能让它在滚动时保持平衡，更不用说跳跃了。似乎是不可能的。“我反对一个会跳的机器人，”团队成员维克多·克莱姆说，他是一名机械工程专业的学生。“为了完成跳跃并在两个轮子上恢复稳定，机器人必须非常灵活，并拥有尖端的运动控制技术。”
突然队成员Florian Weber讲道。Mechanical engineering student Lionel Gulich recalls: “He said, ‘Guys let’s try the jumping one because although it’s probably the most difficult, it’s the coolest one, and this could be last time in our lives we will have the option of choosing.’ ” Gradually Weber convinced one student after another until everyone got on board.
决定最终产生ascento.，一个双足，23磅磅的机器人能够在平坦的地形上每小时滚动五英里，跳过14英寸垂直英寸而不会摔倒。它可以跳过障碍物，慢慢地慢慢上楼梯。车载相机和传感器创建周围环境的3D地图，并且当与视觉和路径规划算法相结合时，使机器人能够自主驱动。
“为了完成跳跃并在两个轮子上恢复稳定，机器人必须非常灵活，并拥有尖端的运动控制技术。”
Victor Klemm，Ethzürich的机械工程学生
得到一条腿
在9月开始学校的开始，九个工程学生根据他们的兴趣分为四个亚组：电子，软件控制，建筑和设计以及感知和计算机视觉。他们有五个星期的时间来建造原型，并在三个中级演示中显示他们的进展。在ethz使用可用的办公空间，他们每天开始举行会议，勾勒出可以缩放楼梯的机器人的想法。他们提出了20个概念，并使用Matlab®为了评估基本动作，将它们归结为四个看起来最有可能的选项。在那里，他们用纸板和乐高搭建了粗糙的物理模型®块，并创建3D计算机辅助设计图纸。ascento这个名字是由感知和计算机视觉团队成员Nicola Küng-was在早期提出的。
几周后，学生们就有了坚实的设计，并能够3d打印出他们的第一个机器人身体原型。
Ascento团队使用乐高块和定制3D印刷和激光切割组件来测试各种轮子和机器人设计。图片来源:ETHZ
在这些概念阶段，它变得明显，如果他们想要轻量级，耐用的机器人，他们需要将船上电机和电子产品保持在最低限度。学生用Matlab的优化工具在一个不寻常的腿部设计中归零，使得在每个髋关节中只有一个腿电机。设计如下：每条腿都有一个小腿骨（膝盖和车轮之间），而是两个股骨骨骼。其中一个股骨连接到电动髋关节和弹性膝关节，以控制跳跃。另一个股骨平行于第一股骨，连接到销接头和第二膝关节，以在驱动器时稳定机器人。两个股骨的形状及其与下腿骨的连接类似于平行四边形。在几周内，学生们在手中进行了坚实的设计，并且有很多帮助来自建筑和设计集团成员的多米尼克Mannhart，能够3D打印他们的第一个机器人的原型。
当时是10月，第一个中期报告的截止日期迫在眉睫。Gulich和他的队友Marcus Vierneisel和Klemm都是软件控制团队的成员，他们觉得有必要让机器人在轮子上保持平衡。他们从大学各处搜罗了车轮马达、传感器和其他电子部件，把它们加到Ascento上，并拼凑了一个控制系统，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。在短短五周内，他们从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。
Klemm说:“这给人的印象很酷。整个团队都欣喜若狂。“但事实也证明这是一个陷阱，”他说。黑客破解的平衡系统不够好，无法适应更快、更强大的发动机，阿森托最终需要电脑控制系统来保持行驶和跳跃时的稳定。下一次的演讲安排在圣诞节前，前面的路比团队成员想象的要长得多。
该团队使用3D打印机创造了阿森托机器人的第一个原型。图片来源:ETHZ
平衡技术
由于物理控制着系统的动力学，使机器人正常工作是一个数学问题。Klemm的任务是将物理系统转换成数学模型。为此，他利用各种结构元素的质量、运动部件的惯性以及其他信息，在MATLAB中推导出描述理想机器人理论上如何运动的方程。接下来，他把这些方程输入Simulink金宝app®来建立一个计算机模拟。在那里，他不仅进行了测试，让他更好地了解了机器人的能力，还设计了原型算法，以产生最佳运动。例如，在模拟实验中，机器人通过首先感知上半身向前倾，然后加速下半身跟上来防止自己向前倾。
Klemm说，一个人做同样的事情。“如果你站在你的脚上，你开始向前倒下时，你会向前迈进衡量均衡。”
该团队使用MATLAB和Simulink来调整平衡金宝app算法，一旦它们在仿真中运行良好，就将调整后的参数传递给真正的Ascento机器人。在接近12月底的时候，学生们在第二代机器人上安装了更好、更强大的发动机和传感器。但每次他们进行测试时，机器人就会翻倒。他们会排除机械故障，在Simulink中重新测试控制算法，转换代码，然后重新安装在机器人上，机器人就会掉下来。金宝app这样持续了几个星期。“我们非常震惊。我们想，‘是的，我们有了新的硬件、电池、传感器，我们有了电脑，我们有了昂贵的发动机，现在一切都应该比以前容易得多。’但恰恰相反，事实并非如此。”
第二次介绍前的第二次介绍，其中几个学生，包括Klemm，Gulich，Coreverin Pfister和Alessandro Morra，拉动了两个夜间班次，推动难以让机器人稳定。它不会平衡。在演讲的那一天，团队提出了他们的地位，并像疯了一样展示了一个摇晃的机器人的短片。团队成员感到失望，但决心。如果他准备好放弃，朋友们问klemm。“我告诉他，如果我不在5月达到平衡，我会戒掉我的工程研究，”Klemm说。
例如，在模拟实验中，机器人通过首先感知上半身向前倾，然后加速下半身跟上来防止自己向前倾。
一个小跳
2018年春天，机器人团队取得了进展。他们实施了一项可以提高成功几率的重大改变:他们停止使用USB端口向Ascento的发动机发送指令，转而使用专门为这项任务设计的通信协议。该协议称为控制器区域网络，为电机通信和高速而优化。通过它，他们将发送给马达的指令数量从每秒20个增加到每秒400个。模拟结果没有错;信号花了太长时间才到达马达。这是许多学习的时刻之一。“事后看来，使用USB端口是naïve。没有一个合格的工程师会这样做，”Gulich说。
但即使有了新方案，他们也无法让机器人稳定下来。复活节快到了，第三次演讲将在两周内完成。古利奇和他的一些队友去度假了。其他几个人，包括Klemm，留下来继续制作Ascento。由于无法解决平衡问题，克莱姆和摩拉开始向其他工程学学生和教师寻求建议。一名博士生观看了机器人坠落的视频，并回顾了团队的一些数据，他说，他认为倾斜传感器看起来很奇怪。团队成员发现，这些设置没有进行平衡调整，这导致反应时间延迟。他们进行了调整，在20分钟内，机器人就稳定了。
“这是一个如此伟大的时刻。这只是一个设置，我们调整了它，完美地平衡。我们非常高兴，“Klemm说。
他们从最终演示介绍了三个星期，他们仍然必须改进机器人的能力与摇滚固体平衡，并获得机器人跳跃。控件团队开始随身划船，只睡在返回工作前只睡了六个小时。几个团队成员将尽可能多地花费尽可能多的进步，然后将其交给下一个团队。他们让机器人跳跃，但着陆是岩石。在其中一个学生抓住它之前，它几乎会落下。
这样持续了好几天。然后有一天晚上，当克莱姆和古利奇睡觉时，包括维尔内塞尔和西罗·萨尔兹曼在内的团队成员让机器人跳跃并平稳着陆。古利奇醒来时发现手机上有视频。团队里的每个人都冲到办公室去亲眼看看。他们打开了一瓶香槟，这瓶香槟是他们从项目开始的第一周就在冰箱里喝的。
ascento与当前的团队成员，从左边，多米尼克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，现在两年过去了，我们仍然非常喜欢轮子、腿和跳跃的技术。”
Lionel Gulich, ETH Zürich机械工程专业学生
当Klemm和Gulich回顾他们的经验时，他们都说他们很高兴他们选择了最艰难的机器人。“这是所有想法中最酷的最酷，现在已经两年后，我们仍然爱上了轮子和腿和跳跃的技术，”古希尔说。
Klemm说，如果他们选择一个更简单的机器人，他们就会在两年前完成任务，然后各奔东西。虽然它可以很容易地跳到楼梯的高度，但它需要一个滚动的开始。他们想要加快速度。九名学生中有五人在研究生阶段继续完善Ascento。他们都将大学研究的一部分重点放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演讲。
该团队认为机器人是一个可定制的平台，可以支持一系列传感器，如热成像、麦克风、激光扫描仪或化学传感器，可以根据工业需要更换金宝app。例如，小巧的机器人可以检查仓库库存，寻找工业区的化学物质泄漏，或绘制新的建筑工地地图。它甚至可以在灾区搜寻幸存者。下一个版本的阿森托，他们希望在三个月内准备好，将更接近这个理想的最终产品。
对于klemm，那一天将是苦乐参半。“有很多事情要做，这是一个有趣的系统，”他说。“我不想完成。”
