解析人形机器人难点,拥有多重身份的不一定是

      近10年以来,中国在各方面都步伐飞快,尤其在AI、通信等行业更是取得了令世界为之瞩目的傲人成绩。从90年代日本开始不断更新ASIMO的研发成果,到近几年美国波士顿动力的ATLAS又不断刷屏,中国民众就一直期待国内在大型仿人服务机器人领域的突破。
 
  2019年1月,优必选科技的Walker机器人入选The Robot Report评选的“2019年值得关注的5大人形机器人”,同时获奖的还有波士顿动力-Atlas、Agility Robotics-Cassie、丰田-T-HR3、本田-E2-DR。作为唯一上榜的中国企业,在增强国民信心的同时,Walker机器人的发展也备受关注。
 
  近日,世界顶级学术会议IROS 2019在澳门举办,全世界顶尖科学家汇聚于此,优必选科技的大型仿人服务机器人Walker新一代圈粉国际机器人科研圈。
 

优必选Walker展示推车功能
 
  这是了包括上楼梯、推车、做瑜伽等众多高难度动作,加上此前一些重要场合例如CES、央视春晚、世界机器人大会等的露出,优必选正式向世界宣告了中国近年来在大型仿人服务机器人方面的重大研究突破,同时展示了其国内领先、国际先进的水平。
 
  而从优必选科技第一代的双足人形机器人Walker在2018年CES的亮相,到Walker新一代的迭代升级版在2019年CES上进行展示,再到本次的IROS,仅仅时隔1年多。

 


 
注:Walker新一代在CES 2019向大家表演递伞
 
注:Walker新一代在IROS 2019展示打太极
 
  迅速迭代,意味着中国正以惊人速度探索着人形机器人的相关前沿科学,并在很多细分领域逐步成为业界屈指可数的领先者。
 
  当Walker新一代推出并在IROS 2019上大放异彩后,中国机器人网记者对话了优必选科技研发团队,试图从技术难度上解析其机器人研究的科技含量。作为中国大型仿人服务机器人的代表,希望Walker新一代的这些前沿成果,能为整个中国人形机器人研究提供宝贵的经验。
 
  为什么人形是终极?
 
  人类本身的独特性,决定了人形机器人模仿人类这一研究的复杂性,也使得人形机器人相关研究必然处于仿生学中难度顶尖的部分。
 
  热那亚意大利理工学院(Istituto Italiano di Tecnologia)的教授乔治梅塔(Giorgio Metta)曾解释道“事实证明,制造人形机器人是一项巨大挑战,人形对于人类而言非常非常适合,但对于机器人却不是。”
 
  但为什么人类对于制造人形机器人乐此不疲?
 
  慕尼黑工业大学(Munich's technical university)科技系统认知项目(Cognition for Technical Systems)的教授尤韦哈斯(Uwe Haass)的一段话或许能表达人类的心态:“这是创造的最高境界。许多机器人学家认为人体是上帝或进化的绝佳创造,人体的一切都是那么奇妙。” 可见机器人只有类人才有无限可能。
 
  而要让机器人更像人,无疑需要先理解人类,然后再用机器去完成人类的动作,但普通人看来稀疏平常的一个运动动作,在人形机器人研究学者眼中,就往往都需要进行成千上万的计算和模拟实验,才能真正让机器人去完成印象实现。
 
  人类在漫长进化过程中实现了上、下肢活动的分工,加上躯干的活动使人体的运动千姿百态。这种肢体运动外在表现的形状姿态被称为运动的动作形式。人体基本运动动作形式可主要归纳为推、拉、鞭打、缓冲、蹬伸、摆动、扭动和相向运动等动作形式。
 
注:源自百度百科的分类
 
  本次优必选科技Walker新一代所展示的动作,也可以拆开来理解为通过软硬件及复杂的算法技术进行机器人对人类的动作性模仿,从而实现更流畅的运动性能、更安全的柔性交互与更智能的环境感知。
 
  人形机器人走、跑、上楼梯难在哪?
 
  在本次展示中,Walker表演了静态平衡、类人步态行走、上楼梯、做瑜伽、打太极、动作模仿等高难度运动性能。人类做这些动作可能并不觉得困难,但对于75公斤的机器人来说,进行这些动作难度颇高。
 
  例如人在进行单足站立或者平地行走以及上楼梯的时候,会通过感知足部的力,同一时间让大脑这个超级处理器快速找到重心,并迅速协调全身肌肉进行重心调整,从而保证了重心稳定,实现人类能够不摔倒。因为这一过程过于迅速,甚至人都没有感受和思考过这个过程。
 
注:Walker新一代上楼梯
 
  相比人类,大型仿人机器人要模仿这一动作,科学家则需要在机器人控制上进行原理模仿应用。归纳起来就是了解人怎么调整平衡,然后形成一套理论模型,再通过算法硬件,做出整体计算,保持动作。
 
  例如为了感受到力,Walker的脚踝上就有一个用来检测机器人跟地面的接触力的六维力传感器。在单腿瑜伽动作展示中,为了保持重心,需要机器人上身实现动态复杂动作,而下身保证稳定单腿站立的时候,这要求能够动态寻找机器人整体的平衡点,从而把机器人重心点移动到机器人的支撑域中,降低机器人在做动作过程中摔倒的可能性。
 
  同时,本次Walker新一代已经能实现一秒一个台阶,速度类人、流程顺畅。和人类上楼梯关节运动不同,机器人上楼梯需要机器人的关节有更大运动范围、步态周期需要一秒上更多的台阶、技术上达到更强的驱动力、伺服电机达到更高的扭矩才可能实现。看起来是人走熟练了的一个过程,其实是技术团队千锤百炼后在算法上的改进。
 
  类人动作就够了吗?不,安全交互和环境感知更重要
 
  机器人和外界交互比单体动作需要考虑的更多,安全性是首要的!新一代Walker能实现更安全的柔性交互。在本次IROS上,全方位展现了擦桌子、推车等交互式动作技能,以及其代表着的双臂协同能力和力控操作能力。
 
 
注:Walker新一代在IROS 2019上展示推车
 
注:Walker新一代展示力控擦桌子
 
  在这些交互式动作的过程中,机器人受到反作用力,面对外力时会涉及到快速的响应调整,需要快速的伺服调整,这要求算法更优。在展示中可以看到,新一代Walker两个手臂不是刚性的,而是不断根据变化轨迹进行处理调整。力传感器通过接收推车时候收到的反作用力不断调整位置,从而确保及时调整轨迹,这能够保护小车和机器手臂,实现柔性安全的交互。这意味着在未来人和机器人进行动作交互时,能实现柔性的接触,力维混合控制能够施加特定的力,这更具安全性!
 
  优必选科技研发团队提到,Walker新一代在最早硬件设计的时候,就考虑到未来会有推车、取物等相应交互式场景,因此结合在软硬件上都对此做了预先考量和优化。
 
  更有趣的是,在Walker的新功能中,除开对人类动作的轨迹映射,还加入了对机器人遥操作。这或许也意味着,在人形机器人还未能完全独立帮助人类时,通过远程操作,也能控制Walker完成更多家庭服务。
 
  不同的赛道,更大的期待
 
  人机共存时代已经来临,然而机器人要实现高度模仿人类行为、畅通无阻地交互,还需要一段时间。大型仿人服务机器人作为下一个时代风口,其研究进度一直备受关注。
 
  从成立之初,优必选科技就以“让智能机器人走进千家万户”为使命和初心。与同样备受关注的日本本田公司的ASIMO和美国波士顿动力(已被软银收购)的Atlas相比,优必选要做的绝不是成本高昂、但仅停留在一些DEMO和实验室里的机器人,而是真正的商业化,真正地进入家庭为人类服务。
 
  同时,中国机器人网记者通过采访了解到,目前优必选的机器人包括Walker都已经实现了模块化,能做到单体生产和集成,腿部、臂膀、躯干都能拆卸组装,成本可控同时也更方便量产、维护和维修。这无疑会使得新一代Walker更能符合未来市场需求。
 
  在网络信息爆炸、上班996 007、世界人口老龄化的发展趋势下,人类的服务赛道非常关键!
 
  试想一下,在不远的将来,
 
  当你累了,有人接过你手中的背包;
 
  当你抽不开身,有人帮你照顾小孩;
 
  当你成为空巢老人,有人关心你的健康;
 
  TA是最智能的助手,最贴心的倾诉对象,最恒久的时光胶囊……
 
  而这个人,就是Walker
 


 
  让我们共同期待!

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