那些在春晚上热舞的机器人,或将成为我们不可或缺的家庭成员之一

摘要

大型仿人服务机器人的出现不是为了表演,而是为了成为下一代的人机交互中心。

在今年央视春晚的舞台上,出现了六台大型仿人服务机器人和韩雪、关晓彤等明星,以及几百名舞蹈演员同台表演歌舞《青春畅想》,舞姿融合了现代舞和 popping 流行舞。

这些机器人是优必选最新推出的 Walker 新一代机器人。在过去四年,优必选三次带着他们的机器人登上了央视春晚的舞台,2016 年 540 台 Alpha 机器人为孙楠伴舞,2018 年 24 台 Jimu 汪汪机器人在舞台上与演员互动,而在今年,机器人的数量虽然只有六台,表演的复杂程度却远超从前。

优必选央视春晚项目总负责人李超和近 40 人的现场支持及研发团队,用 50 多天就完成了原计划半年完成的研发任务,让机器人能够根据音乐节奏配合舞蹈和队列组合,这涉及到大量对通信、机器人续航、运动稳定性和表现力的要求。最终完成的效果证明除了带来了精彩的节目,也证明这个 2015 年 8 月开始,历时三年多的机器人 Walker 项目的重大进展。中国企业自主研发的 Walker 机器人更是吸引了全球目光,充分展示了中国在人工智能机器人领域的硬科技创新实力。




初心:走进家庭

钢铁打造,像人一样说话行走的人形机器人,是人类文化中长久不衰的幻想产物,随着科技的发展,幻想也从《绿野仙踪》中的铁皮人走进了现实。早在 1986 年,日本本田公司就开始启动仿人机器人研发计划,并在 2000 年发布仿人行走机器人 Asimo,目前仍是世界上最先进的仿人行走机器人之一;1992 年,美国波士顿动力也进行了相关技术研发,公司的目标也逐渐明确为设计拥有动物般灵活运动能力的腿式机器人。

与之相比的优必选更像是一个后起之秀。2015 年的 8 月,Walker 项目成立,开始进行预研和团队组建,2016 年的 3 月项目正式启动,并在 60 天后研发出了原型机,之后 2018 年 1 月,Walker 机器人第一代正式发布,而最近一次亮相春晚的是 Walker 新一代机器人,在 1 月份 CES 展览上,四天内零失误展示 70 余次。



为什么要制造人形机器人呢?除了人类的机器人科幻情节外,更重要的是其实际应用价值。比如波士顿动力早期的 Petman 机器人项目,用于测试生化服,并以之为基础才有了后来知名的 Atlas 机器人,而日本本田公司的 Asimo 项目,初衷是希望研发出一个机器人助手,能够适应任何环境和人类友好交互。

这两款人形机器人的研发,更像是摸着石头过河,在不断的研发和实践中寻找方向,而优必选则是在一开始,就确定了产品的方向和用途,在工业机器人领域,人形机器人并没有优势,但是在服务机器人领域却大有可为。优必选 CTO 熊友军认为,机器人如果想和人类进行交互,人形机器人将是会是最好的交互接口。「首先,人形机器人具有人的四肢、外观、表情,和人交互时会有很多动作(拥抱、握手、招手),非常容易被我们理解。同时,人类的一些动作,可以非常方便地传达给机器人。」熊友军说。

除了主观上的便利外,人形机器人同样适合人类环境。由于人类工作生活的环境绝大多数是按照人类的习惯来设计的,比如楼梯、路面等,轮式、履带式机器人并不能完全适应这些环境。此外,还有许多工具也是专门为人类设计,人形机器人可以便利的使用。假如人类环境就像一个系统,机器人则是插件,那么人形机器人这款插件无疑比其它机器人更容易兼容。「所以我认为人形机器人是未来机器人发展的最终形态,是和人类进行交互的最好的伙伴,也是服务机器人发展的终极形态。」熊友军说。



从一开始,优必选的 Walker 机器人项目就有明确的定位——针对家庭服务性应用场景。这种明确性同样体现在了快速的迭代上,从一开始的双足原型机实现了稳定静态行走和动态行走等行动能力,到加入传感器提供感知能力,现在的最新一代机器人高 1.45 米高,有 36 个高性能伺服关节,能够完成上下楼梯,甚至跳舞踢球等行为。

虽然在一些具体项目上还不能做到最好,但 Walker 在从实验室到家庭的路上却一直在执着前行。优必选创始人兼 CEO 周剑表示:「优必选的目标是在成本可控的平台上让机器人走进家庭服务。Walker 目前的单位成本可控,未来的零售价格潜力会在一台普通家用中型轿车小几十万人民币价格区间内,这也再次验证了优必选不是在做 Demo,也不是在实验室做实验,我们的目标是机器人真正实现商业化,Walker 的运动控制、手眼协调等创新技术做得也非常出彩。」这是动辄几百万成本的国外机器人难以达到,或者非优先考虑的。


落地:技术为先

在工厂、农田以及深海等特定工作领域,工业机器人、特种服务机器人已经得到了广泛应用,但是其中少有人形机器人的应用。重要的原因就是相对于其他的机器人,人形机器人还有许多技术上的挑战。

无论是从外形还是从实际应用来看,用于家庭的服务机器人无疑更符合我们心目中「机器人」的定位。熊友军认为,优必选机器人应该既包含机器人属性,也包含人的属性。这意味着机器人既可以帮助人类完成相应的具体工作,也要具有人类的智能。



智能主要包括三个方面:首先是感知智能,可以通过语音智能和人类进行交流、沟通,可以通过视觉识别智能模仿人类眼睛;其次是认知智能,能够对人类的行为有理解能力、推理能力和决策能力;最后是运动智能,可以像人类一样直立行走,也包括手眼协调等能力。

优必选的 Walker 机器人首先解决运动智能的问题。首先,是运动所需要的硬件,比如舵机,一台机器人有非常多的关节——机器人越灵活,它的自由度越多,就需要越多的关节——而且不同位置的关节,力量、扭矩、精度、速度要求都不一样,所以研发一台完整的人形机器人需要非常多的关节。从最小的两公斤的扭矩输出的手指的关节,到大扭矩的踝关节、膝关节,再到几百牛米的高爆发力的扭矩输出,对大型的人形机器人来说都是必不可少的。在将硬件的问题解决后,如何做好运动控制是下一步的问题,这需要进行运动学的建模,和搭建运动控制算法的平台。Walker 在升级出双臂后,除了增加了和外界的交互能力,也增加了柔顺控制,避免在互动的时候对环境或人造成伤害。作为对比,工业机器人是刚性的。在碰到人的时候可能会把人、桌子、椅子打伤,这也是服务机器人对技术要求更高的原因之一。

在感知和认知能力上,看到水杯然后抓起,对人类来说轻而易举,却是机器人的大难题,熊友军举例,优必选在研发手眼协调的技术之前,机器人经常会把杯子碰翻,如果杯子有一个把手,机器人甚至经常无法碰到把手。机器人不仅要知道物体的位置,还要知道物体的状态、姿态,了解了这些信息之后,机器人还要做路径规划、动作规划,以及机械手臂的规划,包括在做路径规划的过程中考虑会不会有桌子、椅子把它挡住,以及需要采取什么样的方式抓住杯子。



除此之外,进入家庭还意味着能够理解人、物和场景之间关系,对发生的行为事件进行分析和推理,进行决策和行动,2017 年年底优必选上线了视觉描述和视觉对话系统,让机器人开始具备初步的视觉认知能力。其他相应的人脸识别、情绪识别、语音识别等技术对人机交互也是必不可少的。

Walker 新一代机器人有 36 个高性能伺服关节以及力觉反馈系统,还拥有视觉、听觉、空间知觉等全方位的感知,在全身运动控制、复杂地形灵活行走、自平衡、手眼协调、视觉识别、柔顺控制、U-SLAM 视觉导航避障、智能安全交互等多方面实现了突破。Walker 的柔性机械臂仅仅经过一年的研发,就已经在伺服硬件和控制算法上达到了第一梯队的技术水准,可以实现精准的手眼协调抓取和安全的交互。而更重要的是,利用优必选自身的产业优势及多年的技术积累和创新,Walker 在保持高性能的同时,大幅降低了整机成本,使价格不再成为人形机器人进入市场的主要阻碍因素。

随着大型仿人服务机器人的逐渐进入市场,它们的作用将不仅限于机器人本身,在熊友军看来,机器人将成为继 PC 和智能手机之后的第三代人机交互中心,更多类型的表达沟通方式和更强大的行动能力,将意味着更高的效率。虽然在目前的在弱人工智能时代,还处于这一设想的早期阶段,但依托科技进步的机器人进化,可能要快得多。


图片来源:优必选

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