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发布于 2月6日

央视春晚又见机器人跳舞,还是站 C 位,究竟是何方神圣?

人机共舞的科幻场面,在央视春晚上实现了。

央视春节联欢晚会一晚上大角不少,但这六个最为“另类”。

今年央视春晚分别在江西井冈山、吉林长春和广东深圳设立了三个分会场。其中,广东深圳分会场主打“科技元素”,节目《青春畅想》里“混”进了六个特别的演员——大型仿人服务机器人。

Walker 在央视春晚现场
Walker 在央视春晚现场

在 2 分 44 秒的节目中,站在舞台中央的它们时而跳着富有节奏感的 Popping(震感舞),时而变换队形,跟一众专业舞蹈演员配合起来也不落下风。

PingWest 品玩获知,这些机器人名字叫 Walker,是深圳企业优必选自主研发的产品,刚刚在 2019 年的 CES 上正式亮相,并且入围了展会大奖 the Best of CES 2019(2019 年国际消费类电子产品展览会最佳产品奖)名单。

当时,它在展会现场演示了开关门、拎东西、端茶倒水、控制智能家居设备等技能。像春晚这样六个 Walker 一起表演集体舞蹈,还是首次。

开冰箱门
开冰箱门
拿可乐
拿可乐
拎包
拎包

台上一分钟,台下十年功

“2018 年 11 月初的时候,我们就开始跟导演组接触。正式收到春晚邀约,差不多是12月。”优必选春晚项目现场负责人李超告诉 PingWest 品玩。确定上春晚后,优必选“几乎调动了公司所有部门来配合和支持,直接或间接动用超过 100 人”。

首先要解决的是表演形式问题。“我们准备了多种不同的表演形式,包括 Walker 表演弹钢琴、跳国标双人舞等。”李超表示,“最终确定 6 台 Walker 与真人集体表演舞蹈的形式,并且采用 Popping(震感舞) 融合现代舞的舞种。”

Popping 是街舞的一种,有模仿机器人的元素,通过肩膀、胸部、手臂、腿部的肌肉震动来产生效果,而现代舞是可以表达思考过程的舞蹈形式。“我们希望通过这种形式去体现机器人的智能感。”优必选负责此次春晚机器人舞蹈编排的Walker产品经理施秋鸿告诉 PingWest 品玩。

确定表演形式后,优必选接着要解决机器人数量的问题,春晚项目Walker产品负责人谢铮说:“我们本来只计划制作 3 台Walker,现在要 6 台。幸好因为是全自主研发,再加上深圳及周边地区完善的智能硬件供应链,得以加班加点多生产出了 3 台 Walker,还预留了 2 台备用。”

原先的研发进程也因此被迫加快。PingWest 品玩得知,春晚所需部分功能是优必选 2019 年的研发计划,比如多台机器人同步进行控制,以及机器人手臂和腿部的协调控制,“半年以后的工作提前压缩到一两个月时间完成”。

让机器人在舞台上实现人类舞蹈效果,并不是一件容易的事。“春晚上 Walker 所展示的舞蹈效果,涉及好几项关键技术,包括伺服舵机、运动控制和步态算法、导航等。”春晚项目 Walker 技术负责人刘益彰解释道,“此外,多台机器人同时跳舞还会涉及到通信方面的改造。”

想要让人形机器人能走能跳,伺服舵机是一个无法绕过的问题。伺服舵机对于人形机器人而言就如同人体的关节,协调着机器人的一举一动。

2008 年起,优必选就开始研发伺服舵机,于 2012 年取得重大突破,并在 2018 年全新研发了大力矩伺服舵机。Walker 身体里有从 2.5Nm 到 160Nm 的系列伺服舵机作为驱动单元,速度可以达到 60r/min(60 转/分钟)。

伺服舵机为 Walker 做出类人类舞蹈效果打下了基础,但这还不够。如果没有匹配的运动控制和步态算法,就像一个人身体很健壮,但不会打篮球、踢足球,更不会跳舞。

“得益于不断改进的控制算法,Walker 现在遇到地面上有一些小的凸起,都可以很好适应。有外力推动时,Walker 也能通过柔顺控制调整自己的本体位置和姿态,从而可以保持自身平衡。”刘益彰表示,“这些技术都能保证 Walker 在春晚舞台上稳定、灵活地表演。”

如果说伺服舵机和运动控制让 Walker 能走会跳,那 U-SLAM(立体导航避障系统)就是让 Walker 会看路避障。SLAM(同步定位和地图构建)技术被称作机器人的小脑,而 U-SLAM 是优必选的自主研发的系统。

这是一种基于视觉 SLAM 的定位导航方案,无需在环境中使用标记物辅助定位,从而提高了对运动物体的抗干扰能力。“在摄像头受到噪声、模糊、雾、低分辨率等极端因素影响下,Walker 依然可以成功定位”。

“由于春晚现场舞台考虑晚会效果是固定的,所以我们可以根据现场环境去做一些特殊的工作,来保证机器人更加稳定的定位和导航。” SLAM 技术工程师刘志超说。

此外,春晚项目还是 Walker 第一次面临多台同步表演的挑战。“导演对机器人的动作和音乐的卡点非常严格,并且现场有各种各样的通信信号干扰,对通信要求非常高。”春晚项目电子通讯负责人丁海明对 PingWest 品玩表示。

针对现场的需求和环境,优必选在多个方面做了优化。丁海明介绍道,系统方面,采用了频点选择灵活、抗干扰能力强的、中长距离的无线调制解调技术方案;硬件方面,采用方向性强的发射天线,以及高功率高性能发射模块,以提高机器人片区的接收信噪比;同步软件设计方面,采用适用于无线电传输的、鲁棒性较强的多次同步算法。

四年三上春晚,优必选做对了什么?

事实上,2019 年并不是优必选机器人第一次登上春晚舞台。

(优必选四年三上春晚回顾视频)

2016 年春节联欢晚会广州分会场,540 台优必选 Alpha 1S 为孙楠伴舞,合作表演了一曲《冲向巅峰》,向普罗大众普及了“人形智能机器人”这个概念。

540 台 Alpha 机器人亮相央视 2016 年春晚
540 台 Alpha 机器人亮相央视 2016 年春晚

2018 年春节联欢晚会主会场,优必选 STEM 教育智能编程机器人 Jimu 在嘉宾圆桌配着音乐跳舞,让大众了解了编程机器人。

JIMU 汪汪登上 2018 春晚
JIMU 汪汪登上 2018 春晚

今年春晚深圳分会场,优必选又用 Walker 向外界传递了一个理念:大型仿人服务机器人并非遥不可及。

Walker 登上 2019 年央视春晚
Walker 登上 2019 年央视春晚

机器人一直被誉为 “制造业皇冠顶端明珠”,大型仿人服务机器人更是一个国家机器人研究水平的标志。美国波士顿动力从 1992 年开始相关技术的研发,至今 27 年;日本 ASIMO 从 1986 年开始相关技术研发,至今 33 年。

“我国对人形机器人的研究相对较晚,像优必选 Walker 项目是 2015 年下半年才开始立项的。”优必选 CTO 熊友军说。

2015 年 8 月,优必选决定立项研发双足机器人。2016 年 6 月,双足机器人 Walker 原型机组装完成,机身高 1.2m,重量 20kg,腿部拥有 12 个自由度。

“在该机器人上,我们先后实现了机器人的稳定静态行走和动态行走,以及地面的全向运动、斜坡行走等步态算法,也探索了双足机器人在波动地形上的自平衡,力位混合控制,不平整地面行走等算法研发。”熊友军说。

Walker 原型机
Walker 原型机

2017 年 7 月,经过三版迭代,比较稳定的 Walker 第一代样机实现交付。Walker 第一代高 1.35 m,重 37 kg,除双腿 12 个自由度外,增加了头部两个自由度,并且具备了全新的 ID 外观,加入屏幕、语音、灯光等众多的交互元素。

此外,这一代产品还加入了多种传感器,使 Walker 具备定位导航、机器视觉等自主功能,实现了上下楼梯、全向行走,具备踢球、跳舞等多种互动运动能力。2018 年 CES 上,Walker 第一代正式面向大众亮相。

Walker 第一代
Walker 第一代

2018 年 2月,Walker 新一代正式立项。Walker 不仅增加了双臂,还全面升级了伺服关节,减小了传动比和运行噪音,伺服精度更高,控制性能更优。并且,Walker 升级了运动控制算法,能在复杂地形灵活行走,具备优良的自平衡能力,可以实现手眼协调操作及柔性安全交互。2019 年 CES,Walker 新一代正式公开展出。

“Walker 最出彩的地方不仅仅在于行动能力和手眼协调等潜力,更在于商业化能力。”优必选创始人兼 CEO 周剑说。

日美厂商往往选择几百万美金的硬件,将机器人运动能力做得很酷炫,但很难实现商业化。周剑表示:“Walker 是在单位成本可控的平台上研发,特别针对家庭服务需求进行了一系列技术研发,未来零售价格会在一台普通家用中型轿车(小几十万人民币)价格区间内。”

短短 3 年多时间,Walker 就从一个概念到登上春晚舞台,受到全球关注,填补了中国没真正的大型仿人机器人空白。在周剑看来,这得益于优必选坚持硬科技自主研发,掌握了多项核心关键技术。

我国在智能制造领域拥有很好的优势,而且总体来看,中国机器人产业基本形成较完整的产业链条,加上物流和生产的制造生态。此外,还有富足的中高端劳动力和巨大的国内市场。

“对企业来说,更重要的是如何将这些优势落地。”周剑说。智能硬件创业者需要从技术创新到商业智慧的全要素支持。在深圳,已经有华为在通信领域、大疆在无人机领域实现了超越。

如今,人工智能和机器人的结合为中国企业带来新的机遇,而“四年三上春晚”的优必选,已经通过实际成果证明了,自己凭借着扎实的技术研发把握住了机会。外媒 The Robot Report 选出 2019 年值得期待的 10 大机器人组织,就包括优必选。与其并列的,还有亚马逊、Boston Dynamics、Facebook、哈佛、微软、英伟达等知名企业/机构。

熊友军告诉 PingWest 品玩,将来会进一步提升 Walker 的行走速度和稳定性,增强操作的灵活度和安全型,强化 AI 感知和决策能力。“Walker 最终的落地方向和目标是家庭场景,在这之前会先推出 Walker 的科研版本,和合作伙伴一同提升性能,让它早日走进千家万户”。

附视频:Walker 上 2019 春晚幕后故事

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