「你好小狗，我要走到學院大廳。」戴著眼罩的測試者手中握著導盲杖，杖的另一頭連著一隻六腳機器小狗。測試者說完，小狗在原地抬起六足，蹬幾下地，然後緩緩牽引身後人向前走。測試者若是「心急」推導盲桿，那小狗便會接收到指令，默默加快步伐。

這是一款來自上海交通大學機械與動力工程學院高峰教授團隊研發的「六條腿」導盲機器人。在剛剛過去的由中國殘聯主辦的「科技助殘共享美好生活」展會上，這款機器人吸引了許多人的目光。 5月28日，高峰在上海交大對這款機器人進行了一次集中介紹。

根據高峰介紹，「導盲六足機器人」具有視覺環境感知功能，可自主導航至目的地、動態躲避障礙、識別紅綠燈等。該款機器人如透過大量生產、人工智慧輔助可有效降低成本、提升智能，可解決導盲犬數量短缺的問題。不僅如此，透過後台建立完整的網路服務體系，導盲機器人還可以實現居家陪護、緊急處理，帶領盲人抵達更多地方等功能。

高峰在上海交大對「導盲六足機器人」進行介紹。 本文圖片為澎湃新聞記者鄒佳雯圖

突破人機互動技術，讓導盲機器人成為視障人士的“第二雙眼睛”

為什麼會研究導盲機器人？

高峰談到，根據世界衛生組織統計，我國視障人士已經突破1700萬人，這意味著每100人中就有至少一位視障者。但是，和龐大的視障人士數量對比，全國現役導盲犬數量僅幾百隻。不僅如此，導盲犬的培育還需要極高的訓練成本，以及極長的訓練週期，並且許多場合能否允許工作中的導盲犬進入尚處於討論當中，僅依靠導盲犬遠遠不能滿足我國千萬餘名視障人士的需求。基於此，團隊開始了導盲六足機器人的研發工作。

高峰介紹，和盲人建立有效溝通，讓導盲機器人在理解使用者意圖的同時維持機器人自身動作協調，是導盲機器人的首要任務。

團隊在導盲機器人上整合了聽覺、觸覺和力覺三種互動方式，實現盲人與導盲六足機器人之間的人機智慧感知與順應性行為。機器人可根據盲人的語音指令，基於深度學習端對端語音辨識模型理解語意訊息，快速反應、準確識別，目前語音辨識準確率為90%以上，反應速度在1秒之內。

高峰團隊發展的“導盲六足機器人”

此外，機器人可透過語音下發指令，如啟動、停止、設定目的地、加速、減速等，同時即時回饋行走和環境狀況等訊息，實現雙向智慧互動。盲杖可以實現盲人與導盲機器人之間的力覺交互，向盲人提供牽引力和轉向力矩，引導盲人前進和轉向。盲人也可以推拉盲杖來動態調整機器人的行走速度。目前機器人最大速度達3m/s，能夠滿足盲人慢走、快走、跑步等出行需求，且六足的獨特構型優勢確保機器人可以低噪音穩定行走。

人機互動與機器人自律協同控制是機器人融合感知資訊、任務需求、人機互動的指令，利用邏輯推理、自律決策，可實現智慧導盲作業行為。基於導盲機器人的動力學模型，高峰團隊建構了層級遞進式外力估計、觸地偵測、坡度估計、運動狀態估計模型演算法，融合機器人關節、慣性導航、行為節律、歷史狀態等多源訊息，進行多目標整合的狀態觀測與回饋最佳化的平衡控制，由此，能夠實現導盲機器人在各類地形場景中自律協同控制效果。

已進入實地測試階段，將加速落地實用

導盲機器人在複雜地形上行走需要更高的自主規劃能力，這類自主規劃功能通常包含地面資訊的獲取和建模、定位導航、落腳點的選擇、身體位姿規劃以及連續運動的規劃等。

定位精準是導盲任務的核心要求之一，團隊透過多感測器數據緊密耦合方式，建立了雷達-慣性里程計系統，透過滑動視窗法耦合歷史幀數據，大幅減少點雲運動畸變，並設計了多維度的狀態殘差，顯著提高了系統狀態估計的精確度與穩健性，實現了三維環境地圖的精確建立與機器人本身的精確定位。

而基於全局環境地圖和即時感知的局部動態地圖，科研團隊採用模型預測和即時滾動優化方法實現機器人的路徑規劃和自主避障，敏捷自主躲避靜態和動態障礙物，保障導盲任務的安全性。

根據室內導航任務需求，團隊制定了室內場景的多層導航策略，建構了層次拓撲地圖實現室內全局路徑規劃；針對室外場景，基於環境地圖結合GPS資訊進行多感測器融合，大幅提高定位與導航精度。團隊也利用深度相機，透過深度學習和數位影像處理技術實現對交通號誌的辨別，保障使用者出行安全。

針對階梯、樓梯等典型地形環境，團隊採用多約束優化演算法規劃機器人穩定行走步態；透過擷取機器人腿部足端力覺資訊，使用機器學習方法來即時辨識足-地接觸模型，可實現機器人對不同地形的自適應動態敏捷柔順行走。

高峰介紹，目前，團隊研發製成的導盲機器人已進入實地測試階段。在整個研究推進過程中，由視障人士參與線下展示與功能測試，未來團隊也將根據視障人士的即時回饋，對機器人持續研發、調試。

此外，導盲機器人的實際應用，不單單是機器人本身的應用，還需要後台大數據的支持，需要強大的維運團隊的支持以及一系列推廣普及的測試。據了解，高峰團隊也與索辰科技密切合作，面向導盲機器人需求，進行了商業化推廣。上海交通大學負責基礎理論研究和關鍵技術攻關，索辰科技負責產品工程化以及產業化運維和推廣，雙方共同努力，並藉助社會力量，加快導盲六足機器人的落地使用，為改善我國視障人士生活貢獻一份力量。