机器人创下吉尼斯世界纪录：24小时内摆放10万张多米诺骨牌

新型机器人Dominator（Domino Robot，Dominator）在略超过24小时的时间里摆放了10万张多米诺骨牌，创下吉尼斯世界纪录。Dominator由YouTube博主、前NASA工程师马克·罗伯尔（Mark Rober）创建。这个机器人是长期艰苦工作的成果。为了开发这台不同寻常的机器人，罗伯尔得到了两名斯坦福大学新生和一名程序员的帮助。 

项目要点

团队编写了超过14000行代码，并为机器人配备了全向轮和3D打印漏斗等组件，打造出一台“友好的机器人，它只擅长一件事——非常快速地摆放大量多米诺骨牌”。 

与专业多米诺骨牌大师莉莉·赫维什不同，Dominator能够同时摆放300块骨牌，因此速度约为人类的10倍。机器人用约两小时摆放了9000多块多米诺骨牌。 

虽然Dominator是该项目的代表，但其大部分效率来自一套独立的分拣机制，该机制由库卡机械臂和近5公里的风火轮轨道组成。一系列传送带按颜色输送骨牌，然后机械臂将它们放入相应的导槽。当Dominator来到补给站时，底部平台会移开，立即将其所需的300块骨牌装入其3D打印漏斗中，从而使停机时间降至最低。 

该项目的最终成果是：一支由七名经验丰富的多米诺骨牌搭建者组成的团队需要约一周时间，才能搭出类似超级马里奥兄弟的图案，而Dominator只用了略超过一天。 

项目起源

整个项目始于2019年5月。在一次演讲后，有人问马克·罗伯尔他一直想做却未能实现的事情是什么。他回答说，自己曾构想过一台能在一夜之间在体育馆内摆放数吨多米诺骨牌的机器人，但尝试制作多个原型机均未成功。 

当时对机器人技术、工程和科学充满热情的亚历克斯·鲍科姆给罗伯尔发去一封电子邮件，表示可以协助此类项目。两名斯坦福大学学生也对该项目产生兴趣，团队由此组建。 

在第一次“头脑风暴”之后，研究人员遇到了几个明显的问题：项目规模和定位。最初，马克希望摆放至少10万张多米诺骨牌。在早期原型中，机器人携带所有骨牌，每次只摆放一张。据计算，10万张多米诺骨牌重约850公斤，若不间断地逐张摆放，可能需要3.5天。此外，机器人需要把骨牌放得足够近，以便它们能相互推倒，但又不能近到碰倒已经摆好的骨牌。 

因此，机器人必须非常精确地知道自身位置。另一个严重问题是确保精准驾驶。经过长时间测试和多次原型制作，机器人的所有部件都已各就各位。接下来只需开始扩大测试规模，并找出可能出现故障的部分。 

最终版本的机器人借助传感器，在仓库中移动时定位能力得到更好的提升，并显著改善了长距离移动时的角度跟踪。工程师还加入了“安全”功能，例如在通信出现问题时自动切断电机，防止机器人误入已摆好的骨牌区域。 

解决所有可靠性问题后，机器人表现出色，仅用24小时便摆放了超过10万张多米诺骨牌。 

Dominator的构成

Dominator的硬件由多个部分组成。主体由带钢制底板的框架构成，驱动系统安装在其上。机器人前部有一个大型料槽，用于将300块骨牌放入网格中。3D打印的漏斗则使骨牌更容易落入网格。 

机器人后部有一个小型配重，使后轮保持足够的抓地力，避免打滑。该装置由三个全向轮移动。对这些轮子的特殊控制使机器人能够向任何方向自由移动，这对于在放置下一部分之前精确对齐骨牌至关重要。 

高精度且功率较大的ClearPath电机通过1:4的皮带传动与车轮相连，使车轮能够提供足够的扭矩来移动重达90公斤的机器人。所有电机均由一对锂聚合物电池供电。 

在电子设备方面，机器人的主“大脑”运行在Raspberry Pi 4上，负责所有高层通信、繁重计算和决策。它通过USB集线器连接到两个朝下的摄像头、内置的Marvelmind GPS传感器以及ClearCore电机控制器。 

以上内容涵盖了机器人的主要硬件组件。Dominator的软件从零开始开发，并分布在三台不同的计算机上运行。机器人所需的一项核心组件是路径规划方法，即它应遵循的运动轨迹。工程师还开发了定制的机器人控制系统。