智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | 程茜
編輯 | 心緣
智東西11月(yue)18日(ri)報道，最近，一件專利訴訟案頗受(shou)關注(zhu)。主(zhu)角(jiao)是機器人領(ling)域(yu)聲名(ming)赫(he)赫(he)的先進機器人設計公司(si)波士頓(dun)動力(li)，它狀告競爭對手Ghost Robotics抄(chao)襲了自家的機器狗(gou)技(ji)術。
波(bo)士頓(dun)動力(li)在提(ti)交給美國(guo)特拉(la)華聯邦地區(qu)法院長(chang)達(da)110頁的(de)訴訟文件中(zhong)指出，Ghost Robotics侵(qin)犯(fan)了(le)其四(si)足機(ji)器(qi)人Spot相關(guan)的(de)7項專利(li)，包括機(ji)器(qi)人自我扶正、爬樓梯、步態(tai)干(gan)擾、追(zhui)蹤器(qi)、驅(qu)動器(qi)等(deng)，都是機(ji)器(qi)人智能(neng)化升級中(zhong)的(de)關(guan)鍵技術。
▲波士頓(dun)動力和(he)Ghost Robotics四足機器人外形(xing)對比（左(zuo)為Spot，右為Vision 60）
相關專利包括:
波士頓動力專(zhuan)利訴訟文件：
▲波士(shi)頓(dun)動力提(ti)交的訴訟文件
波士頓動力專利訴訟文件鏈接：//www.therobotreport.com/wp-content/uploads/2022/11/boston_d_v_ghost_robotics.pdf
“創新是波(bo)士頓(dun)動力的(de)生命線。”波(bo)士頓(dun)動力公司發言人(ren)在發給外媒《機(ji)器人(ren)報(bao)告》（The Robot Report ）的(de)電子郵件中(zhong)寫(xie)道：“我們的(de)機(ji)器人(ren)專(zhuan)家已(yi)在全球(qiu)成(cheng)功(gong)申請了大約500項專(zhuan)利(li)和專(zhuan)利(li)申請。我們歡(huan)迎新興(xing)移動機(ji)器人(ren)市場(chang)的(de)競爭(zheng)，但我們希望(wang)所有公司尊(zun)重知識(shi)產權(quan)(quan)，當這(zhe)些權(quan)(quan)利(li)受到侵犯時(shi)，我們將采取行動。”
我們分別(bie)對這(zhe)7項專(zhuan)利技術進(jin)行拆解(jie)，從中可以(yi)看到波士頓(dun)動力在解(jie)決機器(qi)人(ren)最具挑戰性問題、推進(jin)先(xian)進(jin)技術研究方面的領先(xian)性。
一、648、791專利：掌握“自(zi)主權”，機器人摔倒后能自(zi)我(wo)糾正
其中(zhong)648、791專(zhuan)利(li)內(nei)容都為幫助機器人(ren)保持平衡(heng)。
該(gai)專利提(ti)供了幫助機器人自動(dong)扶正(zheng)的示例系(xi)統和方法，可以適用于雙(shuang)足、四足甚至(zhi)更多條腿的機器人。
機器(qi)人(ren)可以(yi)通過(guo)檢測(ce)其(qi)底部與地面的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)，來確(que)(que)定自己正(zheng)處于躺(tang)臥等不穩定狀態，然后由(you)相(xiang)應計算(suan)裝置(zhi)發出(chu)讓機器(qi)人(ren)執(zhi)行第一(yi)動作(zuo)的(de)指令，讓足式(shi)機器(qi)人(ren)回正(zheng)。第一(yi)動作(zuo)包括判斷足式(shi)機器(qi)人(ren)的(de)質(zhi)心(xin)位(wei)置(zhi)，確(que)(que)定每(mei)只腿(tui)和腳的(de)位(wei)置(zhi)，并根據其(qi)所處位(wei)置(zhi)轉移質(zhi)心(xin)位(wei)置(zhi)從而讓足式(shi)機器(qi)人(ren)重新(xin)保持穩定。
隨后，該(gai)專利的數據存儲器可以判斷(duan)第(di)一(yi)動(dong)作(zuo)后機器人是否(fou)已經返(fan)回穩定狀態，如若(ruo)不然，其就是發(fa)出執(zhi)行第(di)二動(dong)作(zuo)的指令，包(bao)括讓機器人的腿遠離其本(ben)體，增(zeng)加(jia)設備的重力勢能來幫助平衡。
機器人會(hui)持(chi)續執(zhi)行(xing)自我糾(jiu)正動作，直到確定(ding)它不再處于不穩定(ding)位置為止。
專利內容鏈接：//patents.justia.com/patent/9308648#claims（648專利）
//patents.justia.com/patent/9662791（791專利）
二、869專利：轉移重心、扭轉關節，順利爬上爬下樓梯
機器人(ren)在一些隨機環境中(zhong)(zhong)運動(dong)時，可能(neng)會(hui)(hui)需要遇到需要精(jing)準判斷腿(tui)部、腳部位(wei)(wei)置(zhi)的(de)情(qing)形。如果某一個部位(wei)(wei)執(zhi)行過程中(zhong)(zhong)的(de)環節有誤差，機器人(ren)就(jiu)會(hui)(hui)摔倒。因此(ci)，如何(he)在爬樓(lou)梯等環境中(zhong)(zhong)協(xie)調自身相應部位(wei)(wei)的(de)動(dong)作對(dui)于機器人(ren)而言十分重要。
該專利可以(yi)讓機器人識(shi)別樓梯(ti)區(qu)域并做出響(xiang)應。機器人的構成(cheng)包括身體、左前腿、右(you)前腿、左后腿和(he)(he)右(you)后腿，每條(tiao)腿又包括大腿和(he)(he)小腿部分(fen)，膝(xi)關節將大腿和(he)(he)小腿連(lian)接起來。
當機器(qi)人接收到其正面(mian)臨一個或多個樓(lou)梯的圖像數據時，上(shang)述這(zhe)些(xie)部位都將參與到爬樓(lou)梯中來。
爬(pa)(pa)樓(lou)梯之前(qian)，該裝置(zhi)會讓機器人(ren)的(de)重心分布(bu)移向靠(kao)前(qian)位置(zhi)，也就(jiu)是(shi)左前(qian)腿和右前(qian)腿之一為主(zhu)要支撐腿。爬(pa)(pa)樓(lou)梯時，機器人(ren)當前(qian)支撐腿與樓(lou)梯中臺階接觸時，將其前(qian)支撐腿的(de)膝關節朝向機器人(ren)身(shen)體，這樣就(jiu)可以減小(xiao)支撐角大小(xiao)，方便(bian)機器人(ren)進行下(xia)一步動作(zuo)。
隨(sui)后，機器(qi)人(ren)通過轉(zhuan)變大(da)腿和小(xiao)腿部分的(de)位置，就可以順(shun)利爬上(shang)、爬下樓梯。
▲Vision 60在爬樓梯時會改變支撐角(jiao)大小(xiao)
專利詳細內容鏈接：//patents.justia.com/patent/11123869
三(san)、588專利：腳底打滑時迅速站穩，地面反作用力校正誤差
該專利(li)主(zhu)要應(ying)用(yong)于(yu)檢測對機(ji)器(qi)(qi)(qi)人步態(tai)的(de)(de)干擾，讓處(chu)于(yu)崎嶇或(huo)不平坦地形的(de)(de)足式機(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)運動更加高(gao)效。其中，涉及檢測機(ji)器(qi)(qi)(qi)人腳打(da)滑、處(chu)理響應(ying)打(da)滑和控制機(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)(de)步態(tai)。
機(ji)器人(ren)(ren)的(de)步態(tai)一般包(bao)括擺(bai)(bai)動狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和(he)踏步狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，擺(bai)(bai)動狀(zhuang)(zhuang)態(tai)的(de)關鍵點包(bao)括機(ji)器人(ren)(ren)腳的(de)目標(biao)擺(bai)(bai)動軌(gui)跡(ji)，其中最為關鍵的(de)是軌(gui)跡(ji)的(de)起點和(he)終點。機(ji)器人(ren)(ren)在檢測到有相應干擾后，就會(hui)在腳步到達(da)目標(biao)擺(bai)(bai)動軌(gui)跡(ji)終點之前，使足(zu)部(bu)從擺(bai)(bai)動狀(zhuang)(zhuang)態(tai)進入踏步狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。
此外，當機器人檢測到其步態(tai)中的意(yi)外橫向加速(su)度，就(jiu)可以通過控制腿的動(dong)作和(he)位置控制其施加在(zai)地(di)面上的力(li)，在(zai)保(bao)持平衡(heng)的同時以所需的步態(tai)移動(dong)。
▲四足機器(qi)人(ren)腳接觸地(di)面時的力
其(qi)中，機器人可以確(que)定(ding)其(qi)腿的位置和負載，讓地面反作用(yong)力作用(yong)在機器人上(shang)以對抗和校正速度誤差。
專利(li)詳細內容鏈接(jie)：//patents.justia.com/patent/9387588
四、842專利：為面前樓梯建模，還能回避前方障礙物
該專利用于(yu)機器(qi)人(ren)感知到(dao)前方有樓梯，在靠近樓梯時，機器(qi)人(ren)的視(shi)覺(jue)系統會接收(shou)到(dao)相關圖(tu)像數據，再將(jiang)其傳送至用戶操控(kong)的機器(qi)人(ren)遙控(kong)器(qi)界(jie)面上，該遙控(kong)器(qi)可以顯示圖(tu)像數據和用于(yu)激活樓梯模式(shi)。
▲美國(guo)空軍在基地測(ce)試(shi)Vision 60時遙控(kong)器界面(mian)的(de)“樓梯模式”
當機(ji)器人接收到進(jin)入樓(lou)梯模式命令后(hou)，會(hui)根據(ju)臺(tai)階的寬度限制其相應(ying)擺動腿(tui)行(xing)進(jin)的步幅長度，使用專用于機(ji)器人爬樓(lou)梯的控制器來控制其腿(tui)部騰空和落地的過程。
該專利還包(bao)括與機(ji)器人(ren)通信的(de)樓(lou)梯(ti)建模(mo)系統，建模(mo)系統可(ke)以接收與樓(lou)梯(ti)相鄰機(ji)器人(ren)的(de)傳感器數據，找到相應階梯(ti)的(de)邊緣來確定臺階高度(du)。
此外，機器人可以有(you)效繞開前方樓梯上(shang)的障(zhang)礙物。識別障(zhang)礙物后會(hui)沿著其回(hui)避(bi)路徑移(yi)動，同(tong)時，這一(yi)路徑會(hui)保持在機器人向(xiang)上(shang)或向(xiang)下樓梯的橫向(xiang)位置上(shang)。
機器人還(huan)可以識(shi)別其將(jiang)執行的動(dong)作是上樓還(huan)是下樓，并基于不同的場景采取相應動(dong)作。
專利詳細內容鏈接：//patents.justia.com/patent/11073842
五、855、368專利：減少旋轉慣性，實現高峰值轉矩
其(qi)中855、368專利(li)內容(rong)都為祖師機器人的螺旋驅動(dong)器。
機(ji)器人(ren)在運動時，腿(tui)部(bu)等多個構件會(hui)通過液(ye)壓或者電(dian)機(ji)驅(qu)動來控制，這(zhe)些驅(qu)動器的(de)(de)設計也會(hui)決定(ding)機(ji)器人(ren)運動的(de)(de)效果，例如機(ji)器人(ren)接(jie)收命令或者遇到外部(bu)干擾時的(de)(de)響(xiang)應速度。其中(zhong)包括驅(qu)動器的(de)(de)轉動慣量和與其耦(ou)合(he)的(de)(de)傳(chuan)動裝置齒輪比等。
該專利公開的是用于足(zu)式機(ji)器人的螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)驅動器實施(shi)方法，螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)驅動器位(wei)于機(ji)器人腿部(bu)上方構件(jian)內(nei)，并且具有與(yu)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)桿(gan)同(tong)軸安(an)裝的螺(luo)母，能使(shi)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)桿(gan)在(zai)螺(luo)母內(nei)旋(xuan)(xuan)(xuan)轉。電機(ji)則(ze)安(an)裝在(zai)機(ji)器人大腿構件(jian)內(nei)部(bu)，并連接至(zhi)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)桿(gan)，然后(hou)通過與(yu)大腿和小腿中間(jian)位(wei)置(zhi)的膝關節進行(xing)連接。
在電(dian)機(ji)驅動(dong)的(de)機(ji)器人(ren)里，采用螺(luo)旋驅動(dong)器就(jiu)可(ke)以(yi)減(jian)少機(ji)器人(ren)構件的(de)旋轉慣性，以(yi)允許其實現(xian)高(gao)峰值(zhi)轉矩，讓高(gao)性能機(ji)器人(ren)產生足夠高(gao)的(de)加速(su)度。
專(zhuan)利詳(xiang)細內容鏈(lian)接：//patents.justia.com/patent/10253855（855專(zhuan)利）
//patents.justia.com/patent/11131368（368專利）
結語：機器人研發需一步一腳印
如今，機器人(ren)產(chan)業發(fa)展脈絡(luo)逐漸成熟，雙足(zu)、四足(zu)等各(ge)種形態的機器人(ren)層(ceng)出不窮，但即便如此這一產(chan)業還仍然處(chu)于發(fa)展初期，在硬件、軟件上仍有多道技(ji)術難題需要破解。
不可否認的(de)(de)是，波士頓(dun)動力一直(zhi)以來都(dou)是機(ji)器人行業(ye)的(de)(de)領(ling)頭羊。1992年，該公(gong)司從麻省理工學院（MIT）分拆出來，至(zhi)今(jin)已經在全球成功申請了大(da)約500項專(zhuan)利。作為技術的(de)(de)集大(da)成者，與其(qi)在資(zi)金、時(shi)間、人才上的(de)(de)投入密不可分。
迄今(jin)的(de)機器人(ren)研(yan)發(fa)(fa)，距(ju)離(li)我(wo)們(men)想象(xiang)的(de)幫(bang)我(wo)們(men)做重復、單調、危險(xian)的(de)工(gong)作還(huan)有很久(jiu)，未來機器人(ren)發(fa)(fa)展仍(reng)需在(zai)先進技(ji)術和(he)研(yan)發(fa)(fa)上不(bu)斷投入。只(zhi)有將(jiang)基礎研(yan)發(fa)(fa)打扎實(shi)，機器人(ren)產業才能迎(ying)來健康發(fa)(fa)展，向人(ren)類科技(ji)發(fa)(fa)展的(de)星辰大海邁(mai)進。
來源：The Robot Report、美國(guo)專利局官網
