辩论一直在两周多。这是2017年夏末，九本科生学生在苏黎世·苏黎世苏黎世（Ethzürich）的瑞士联邦理工学院最终项目中合作。他们同意花费学年建造一个可以在平坦的表面上迅速移动的机器人，也爬上楼梯。但他们不能同意设计。几种想法排名高于其他想法，包括一个带有胎面的坦克，其中一个机器人的机器人，其中有风车状轮子可以用来推动和拉动楼梯。有了这些，学生可以看到更好的设计，建造和操作机器人。但是每个设备都有下行，例如太笨重或太慢或与其他研究人员已经建造的机器人太慢了。
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，队员弗洛里安·韦伯开口了。机械工程系学生莱昂内尔·古利奇回忆道：“他说，‘伙计们，让我们试试跳一个，因为虽然它可能是最难的，但它是最酷的一个，这可能是我们生命中最后一次选择了。’”渐渐地，韦伯说服了一个又一个学生，直到每个人都上了船。
这一决定最终产生了重大影响Ascento，一个两足的、23磅重的机器人，能够在平坦的地形上以每小时5英里的速度滚动，并能垂直跳跃14英寸而不会摔倒。它可以跳过障碍物，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，当与视觉和路径规划算法结合使用时，机器人可以自主驾驶。
“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。”
维克多·克莱姆，ETH Zürich机械工程专业的学生
领先一步
到9月开学时，九名工科学生已根据兴趣分成四个小组：电子、软件控制、建筑与设计、感知与计算机视觉。他们有五周时间制作一个原型，并在三次中间演示的第一次演示中展示他们的进展。使用可用的在ETHZ的办公室里，他们开始每天开会，勾勒出可以爬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。
在几周内，学生手上有坚实的设计，能够3D打印他们的第一件机器人的身体原型。
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。图片学分：ethz
在这些概念阶段，很明显，如果他们想要一个轻便、耐用的机器人，他们需要将船上的电机和电子设备保持在最低限度。学生们使用MATLAB中的优化工具，专注于一种不同寻常的腿部设计，这种设计使得每个髋关节中只有一个腿部电机成为可能。设计是这样的：每条腿都有一块小腿骨骼（在膝盖和轮子之间），但有两块股骨。其中一根股骨连接到机动髋关节和弹性膝关节以控制跳跃。另一根股骨与第一根股骨平行，连接到一个销关节和第二个膝关节，以在机器人驱动时稳定机器人。两个股骨的形状及其与小腿骨的连接类似于平行四边形。几周后，学生们手头上就有了一个坚实的设计，在建筑设计小组成员多米尼克·曼哈特（Dominik Mannhart）的大量帮助下，他们能够3D打印出机器人身体的第一个原型。
这是十月和第一个中级介绍截止日期。古罗基和队友Marcus Vierneisel，他们是软件控制团队的成员以及Klemm，感到强迫让机器人在其轮子上平衡。他们从大学周围的轮子电机，传感器和其他电子零件中清除，将它们添加到Ascento中，并在一个控制系统中攻击，使机器人保持稳定，因为它缓慢向前和向后移动。这是一项重大成就。在短短五周内，他们将从20种不同的机器人草图到一个能够在其轮子上平衡而不会倾斜的单个工作模型。
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打印机来创建Ascento机器人的第一个原型。图片学分：ethz
平衡法
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®建立计算机模拟。在那里，他不仅可以获得测试，让他更好地了解机器人的能力，而且还旨在产生最佳运动的原型算法。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。
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。”
在第二次演示的截止日期前几天，包括克莱姆、古里奇、科伦丁·普菲斯特和亚历山德罗·莫拉在内的几名学生上了两班夜班，努力让机器人保持稳定。它就是不平衡。在演示当天，团队展示了他们的状态，并播放了机器人疯狂地来回摆动的短片。队员们感到失望，但决心坚定。一位朋友问克莱姆是否准备放弃。克莱姆说：“我告诉他，如果我不能在五月份之前达到平衡，我将放弃我的工程研究。”。
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
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。
但即使使用新的协议，他们也无法让机器人稳定。复活节接近，第三次介绍两周期。古罗希和他的一些队友去了假期。其他几个其他人（包括Klemm）留下来继续致力于依附于中心。无法解决平衡问题，klemm和莫拉开始向其他工程学生和教师寻求建议。一个博士。学生们看着机器人的视频掉落并审查了一些团队的数据，他认为倾斜传感器看起来很奇怪。团队成员发现，该设置尚未调整平衡，这是抛出反应时间的平衡。他们在20分钟内进行调整，机器人稳定。
克莱姆说：“这是一个非常棒的时刻。这只是一个设置，我们调整了它，它完美地平衡了。我们非常高兴。”。
离最终演示还有三个星期，他们还必须改进机器人的驾驶能力，使其保持坚如磐石的平衡，并让机器人跳跃。控制小组开始轮班，只睡了六个小时就返回工作岗位。两名小组成员将花一天的时间尽可能多地取得进展然后把它交给下一队。他们让机器人跳了起来，但着陆时有岩石。在一个学生抓住它之前，它几乎要掉下来了。
这是如此如此。然后一天晚上，而Klemm和Gulich Slept，团队成员，包括Vierneisel和Ciro Salzmann，让机器人正直跳跃。古里奇在手机上醒来。团队中的每个人都赶到了办公室，为自己看。他们在项目的第一周以来，他们开了一瓶香槟。
Ascento与现有团队成员，从左至右依次为多米尼克·曼哈特、西罗·萨尔兹曼、亚历山德罗·莫拉、莱昂内尔·古里奇和维克多·克莱姆。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。
Klemm说，如果他们选择了一个更容易的机器人，他们已经完成了两年前的结束，并且会在他们的独立方式上。虽然它很容易跳跃楼梯的高度，但它需要滚动开始。他们想加快速度。在研究生学习期间，九名学生中有五个继续炼制归档。所有这些都将其大学研究的部分集中在机器人的技术方面，发表了两个学术论文，并在少数会议和活动中提出。
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。”
