文|智東西 程茜

編輯|心緣

智東西11月18日報道，最近，一件專利訴訟案頗受關注。主角是機器人領域聲名赫赫的先進機器人設計公司波士頓動力，它狀告競爭對手Ghost Robotics抄襲了自家的機器狗技術。

波士頓動力在提交給美國特拉華聯(lián)邦地區(qū)法院長達110頁的訴訟文件中指出，Ghost Robotics侵犯了其四足機器人Spot相關的7項專利，包括機器人自我扶正、爬樓梯、步態(tài)干擾、追蹤器、驅動器等，都是機器人智能化升級中的關鍵技術。

波士頓動力和Ghost Robotics四足機器人外形對比（左為Spot，右為Vision 60）

相關專利包括:

波士頓動力專利訴訟文件：

波士頓動力提交的訴訟文件

“創(chuàng)新是波士頓動力的生命線。”波士頓動力公司發(fā)言人在發(fā)給外媒《機器人報告》（The Robot Report ）的電子郵件中寫道：“我們的機器人專家已在全球成功申請了大約500項專利和專利申請。我們歡迎新興移動機器人市場的競爭，但我們希望所有公司尊重知識產(chǎn)權，當這些權利受到侵犯時，我們將采取行動?！?/p>

我們分別對這7項專利技術進行拆解，從中可以看到波士頓動力在解決機器人最具挑戰(zhàn)性問題、推進先進技術研究方面的領先性。

01 648、791專利：掌握“自主權”機器人摔倒后能自我糾正

其中648、791專利內(nèi)容都為幫助機器人保持平衡。

該專利提供了幫助機器人自動扶正的示例系統(tǒng)和方法，可以適用于雙足、四足甚至更多條腿的機器人。

機器人可以通過檢測其底部與地面的相對位置，來確定自己正處于躺臥等不穩(wěn)定狀態(tài)，然后由相應計算裝置發(fā)出讓機器人執(zhí)行第一動作的指令，讓足式機器人回正。第一動作包括判斷足式機器人的質心位置，確定每只腿和腳的位置，并根據(jù)其所處位置轉移質心位置從而讓足式機器人重新保持穩(wěn)定。

隨后，該專利的數(shù)據(jù)存儲器可以判斷第一動作后機器人是否已經(jīng)返回穩(wěn)定狀態(tài)，如若不然，其就是發(fā)出執(zhí)行第二動作的指令，包括讓機器人的腿遠離其本體，增加設備的重力勢能來幫助平衡。

機器人會持續(xù)執(zhí)行自我糾正動作，直到確定它不再處于不穩(wěn)定位置為止。

02 869專利：轉移重心、扭轉關節(jié)順利爬上爬下樓梯

機器人在一些隨機環(huán)境中運動時，可能會需要遇到需要精準判斷腿部、腳部位置的情形。如果某一個部位執(zhí)行過程中的環(huán)節(jié)有誤差，機器人就會摔倒。因此，如何在爬樓梯等環(huán)境中協(xié)調(diào)自身相應部位的動作對于機器人而言十分重要。

該專利可以讓機器人識別樓梯區(qū)域并做出響應。機器人的構成包括身體、左前腿、右前腿、左后腿和右后腿，每條腿又包括大腿和小腿部分，膝關節(jié)將大腿和小腿連接起來。

當機器人接收到其正面臨一個或多個樓梯的圖像數(shù)據(jù)時，上述這些部位都將參與到爬樓梯中來。

爬樓梯之前，該裝置會讓機器人的重心分布移向靠前位置，也就是左前腿和右前腿之一為主要支撐腿。爬樓梯時，機器人當前支撐腿與樓梯中臺階接觸時，將其前支撐腿的膝關節(jié)朝向機器人身體，這樣就可以減小支撐角大小，方便機器人進行下一步動作。

隨后，機器人通過轉變大腿和小腿部分的位置，就可以順利爬上、爬下樓梯。

Vision 60在爬樓梯時會改變支撐角大小

03 588專利：腳底打滑時迅速站穩(wěn)地面反作用力校正誤差

該專利主要應用于檢測對機器人步態(tài)的干擾，讓處于崎嶇或不平坦地形的足式機器人的運動更加高效。其中，涉及檢測機器人腳打滑、處理響應打滑和控制機器人的步態(tài)。

機器人的步態(tài)一般包括擺動狀態(tài)和踏步狀態(tài)，擺動狀態(tài)的關鍵點包括機器人腳的目標擺動軌跡，其中最為關鍵的是軌跡的起點和終點。機器人在檢測到有相應干擾后，就會在腳步到達目標擺動軌跡終點之前，使足部從擺動狀態(tài)進入踏步狀態(tài)。

此外，當機器人檢測到其步態(tài)中的意外橫向加速度，就可以通過控制腿的動作和位置控制其施加在地面上的力，在保持平衡的同時以所需的步態(tài)移動。

四足機器人腳接觸地面時的力

其中，機器人可以確定其腿的位置和負載，讓地面反作用力作用在機器人上以對抗和校正速度誤差。

04 842專利：為面前樓梯建模還能回避前方障礙物

該專利用于機器人感知到前方有樓梯，在靠近樓梯時，機器人的視覺系統(tǒng)會接收到相關圖像數(shù)據(jù)，再將其傳送至用戶操控的機器人遙控器界面上，該遙控器可以顯示圖像數(shù)據(jù)和用于激活樓梯模式。

美國空軍在基地測試Vision 60時遙控器界面的“樓梯模式”

當機器人接收到進入樓梯模式命令后，會根據(jù)臺階的寬度限制其相應擺動腿行進的步幅長度，使用專用于機器人爬樓梯的控制器來控制其腿部騰空和落地的過程。

該專利還包括與機器人通信的樓梯建模系統(tǒng)，建模系統(tǒng)可以接收與樓梯相鄰機器人的傳感器數(shù)據(jù)，找到相應階梯的邊緣來確定臺階高度。

此外，機器人可以有效繞開前方樓梯上的障礙物。識別障礙物后會沿著其回避路徑移動，同時，這一路徑會保持在機器人向上或向下樓梯的橫向位置上。

機器人還可以識別其將執(zhí)行的動作是上樓還是下樓，并基于不同的場景采取相應動作。

05 855、368專利：減少旋轉慣性實現(xiàn)高峰值轉矩

其中855、368專利內(nèi)容都為祖師機器人的螺旋驅動器。

機器人在運動時，腿部等多個構件會通過液壓或者電機驅動來控制，這些驅動器的設計也會決定機器人運動的效果，例如機器人接收命令或者遇到外部干擾時的響應速度。其中包括驅動器的轉動慣量和與其耦合的傳動裝置齒輪比等。

該專利公開的是用于足式機器人的螺旋驅動器實施方法，螺旋驅動器位于機器人腿部上方構件內(nèi)，并且具有與螺旋桿同軸安裝的螺母，能使螺旋桿在螺母內(nèi)旋轉。電機則安裝在機器人大腿構件內(nèi)部，并連接至螺旋桿，然后通過與大腿和小腿中間位置的膝關節(jié)進行連接。

在電機驅動的機器人里，采用螺旋驅動器就可以減少機器人構件的旋轉慣性，以允許其實現(xiàn)高峰值轉矩，讓高性能機器人產(chǎn)生足夠高的加速度。

06 結語：機器人研發(fā)需一步一腳印

如今，機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡逐漸成熟，雙足、四足等各種形態(tài)的機器人層出不窮，但即便如此這一產(chǎn)業(yè)還仍然處于發(fā)展初期，在硬件、軟件上仍有多道技術難題需要破解。

不可否認的是，波士頓動力一直以來都是機器人行業(yè)的領頭羊。1992年，該公司從麻省理工學院（MIT）分拆出來，至今已經(jīng)在全球成功申請了大約500項專利。作為技術的集大成者，與其在資金、時間、人才上的投入密不可分。

迄今的機器人研發(fā)，距離我們想象的幫我們做重復、單調(diào)、危險的工作還有很久，未來機器人發(fā)展仍需在先進技術和研發(fā)上不斷投入。只有將基礎研發(fā)打扎實，機器人產(chǎn)業(yè)才能迎來健康發(fā)展，向人類科技發(fā)展的星辰大海邁進。