從機器人到機器“人”，Walker迭代技術攻堅路

liuaqbb 2019-11-23

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看點：Walker是仿人服務機器人探索之路上的先行者，并逐步成為眾多細分領域的領先者。

機器人看似是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，但其實早在千年前，人類就產(chǎn)生了對“機器人”的幻想。

西周時期，有一位能工巧匠名叫偃師，他為周穆王獻上了一個木制的能歌善舞的伶人，這也是中國歷史記載中最早出現(xiàn)的機器人形象。

追溯到千年之前，從偃師為周穆王獻上歌舞人偶，到魯班造云梯、墨翟做木鴛，中國人的機器人夢從千年以前就開始了。

今天，機器人在現(xiàn)代科技和人工智能的發(fā)展下，不論智能程度還是外形，都開始越來越接近人類。

當前，大型仿人機器人已經(jīng)成為了全球機器人最前沿的研究，這其中包括著名的波士頓動力的Atlas、本田的ASIMO和中國制造的Walker。

Walker的出現(xiàn)意味著中國正在探索人形機器人的前沿科學，并在很多細分領域逐步成為領先者。

2019 CES，優(yōu)必選大型仿人服務機器人Walker新一代首次全球亮相。今年大年三十，Walker在春晚上，秀了一把歌舞，向全國人民展示AI技術實力，最近，它又走上了國際頂級機器人學術會議IROS的舞臺，在學術圈圈粉。

Walker作為中國在大型仿人服務機器人之路上探索的先行者，在技術探索方面做了很多努力。

為了進一步了解Walker背后的故事，我們與研發(fā)團隊進行了深入的交流，期望可以還原Walker的“成長”之路，了解到Walker本身發(fā)生了哪些從量變到質(zhì)變的蛻變，Walker背后的團隊又是如何克服、解決這一系列的世界級難題，讓Walker成為真正見證和引領世界仿人機器人技術進展代表的。

10月洗禮“新生”Walker又有哪些升級？

今年以來，服務機器人的落地項目開始增多，我們看到了很多商場的引導類機器人、餐廳的送餐類機器人。現(xiàn)在，擁有家用型的服務機器人似乎也不是很遙遠的事情了。

2018年CES，Walker第一代首次展出，那時Walker還沒有增加雙臂，被稱為雙足機器人，當時它已經(jīng)可以完成走路、踢球、下樓梯等任務。

經(jīng)歷了1年的算法優(yōu)化和技術提升后，研發(fā)團隊為Walker裝上了雙臂，還增加了柔性交互、人臉物體場景識別、自主導航等更多的AI能力。

在2019年的CES上，增加了雙臂的Walker新一代正式亮相，它的全身有36個自研的伺服舵機，擁有視覺、聽覺、空間知覺等全方位的感知。

CES 2019過去10個月左右，Walker又有了進一步的升級。最近在IROS上展示的升級版Walker，在運動性能、安全柔性交互、全身柔順控制等方面進行了算法迭代和功能提升。

運動性能方面，研發(fā)團隊對Walker的行走步態(tài)進行了優(yōu)化和升級，使其行走狀態(tài)更接近于人類行走，并進一步提高了最大行走速度，目前Walker最快行走速度可超過2km/h。

Walker增大關節(jié)的運動范圍的同時，升級優(yōu)化了上樓梯的算法，實現(xiàn)了一秒一個臺階的樓梯步態(tài)，運動速度上已非常接近于人類速度。

為了增加仿人機器人的表現(xiàn)力，研發(fā)團隊提取了人的實時姿態(tài)，將人類自然運動所產(chǎn)生的軌跡映射到Walker上。

Walker還升級了靜態(tài)平衡能力，可以自主尋找整體重心位置，甚至可以承受很大程度外力干擾，而始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。

除了簡單的運動能力外，升級版的Walker居然還能完成高難度的太極和瑜伽動作。在這次的IROS會議上，Walker相比上一代在平衡能力上有了很大的提升，能夠在做動作時實時控制整體的重心位置，保證在做動作的過程中不會摔倒。

安全柔性交互方面，研發(fā)團隊對Walker的力控技術進行了升級，讓Walker能夠更安全地與環(huán)境和人類交互，讓機器人自身和人類都避免受到傷害。

在演示擦桌子的過程中，Walker可以保持合適的力將板擦在桌子表面摩擦，將筆跡擦除干凈。研發(fā)團隊為Walker加入了力位混合控制方法，能夠精確控制Walker手掌和外界接觸的力的大小。

雙臂協(xié)同也是新一代Walker的重點升級技術，通過算法滿足平穩(wěn)推車的目標，Walker雙臂保持一定柔性，來適應地面和小車的軌跡誤差。在推車過程中，Walker可以協(xié)同雙臂末端軌跡、足端末端軌跡、機器人質(zhì)心位置和對小車的作用力，通過算法滿足對地面和小車的同時接觸約束，推動小車按照機器人自主生成的軌跡行走。

全身柔順方面，Walker的全身柔順控制可以順應外力方向做出響應，既增強了交互安全性，又增加了機器人對環(huán)境的適應能力。

視覺智能感知在算法上進行了升級，Walker可以通過實時識別目標物體的位置和姿態(tài)，實時調(diào)整手掌的抓取位姿，即使杯子不停移動也能準確將水倒入杯中。

經(jīng)過不斷的技術迭代，升級版的Walker已經(jīng)掌握了新的“武林秘籍”，在IROS會議上展示了快速動態(tài)上樓梯、單足站立、“瑜伽下腰”、力控擦桌子、推車行走等更接近人類的靈活運動。

千年前偃師的歌舞人偶具有以假亂真的人形形態(tài)，但它能做的只是重復的表演。今天Walker雖然在外形上比偃師的人偶更具“機械感”，但在功能上已經(jīng)更加接近人類了，它可以像人一樣行走、開門、倒水，甚至像人一樣做瑜伽、打太極。

從智能助手到機器人家庭成員

機器“人”這個概念似乎離我們的生活還很遠，即使是人工智能和科技發(fā)展到今天，我們接觸到的更多的還是一些名為機器人，實際只是智能交互軟件的硬件載體。

現(xiàn)在我們追求的不僅是一個能為我們做事的機器人，而是一個能“服務”我們的機器人，這種服務除了為我們處理日常瑣事，端茶倒水之外，還包括精神上的陪伴。

從IROS上的展示來看，Walker更像是一個機器人智能助手，現(xiàn)在它能完成開門、倒飲料等簡單動作。Walker正在朝著像人、服務人的層級發(fā)展，像人和服務人就是滿足人類對陪伴我們另一個物種的需求。

在IROS上Walker已經(jīng)展示了做瑜伽、打太極、模仿人類動作的能力。未來，進入家庭中的Walker將可以和人類一起完成某件事，比如邊陪你做瑜伽邊聊天，還能在你勞累時即時遞上一杯水，成為一個兼具生活幫手和精神陪伴屬性的家庭一員。

現(xiàn)階段我們能接觸到的服務機器人能做的還是些單調(diào)的重復性動作，但人類對機器人的幻想是要把它變成可以與我們交流、理解我們、陪伴我們的另一個物種。

在我們追求更加智能的服務機器人之路上，陸續(xù)誕生了智能語音助手、兒童教育陪伴機器人等產(chǎn)物，隨著用戶需求領域的細分，這些智能產(chǎn)品都有了獨立的發(fā)展方向。而大型仿人服務機器人的探索還在路上。

在紀錄片《明天之前》中，我們看到了人類對機器人精神陪伴功能的需求。紀錄片中三位擁有機器人伴侶的代表講述了他們對于機器人陪伴人類的觀點。

雖然他們選擇的機器人伴侶數(shù)量、外貌特征都不相同，但都是出于同一個目的，他們想和更理解自己的“人”在一起，想讓生活中的交流變得更加簡單舒適。

和機器人的交流是可以培養(yǎng)的，經(jīng)過算法的優(yōu)化，人類和機器人的“靈魂契合度”甚至可以達到完美的地步。

Walker在運動性能、安全交互、視覺感知等方面不斷進行算法優(yōu)化，今天它能做到的是為人類提供基礎的服務和陪伴，未來也許它也可以成為人類家庭中真正的一員，可以像家人一樣理解、守護、陪伴你。

未來，當機器人在認知智能、感知智能和運動智能上都有了更高的技術水平，具備了更自然的交互能力之后，大型仿人服務機器人也將更好的服務人類。

Walker步入全球仿人機器人技術探索前列

大型仿人機器人的研發(fā)，是一條全球賽道，不僅中國公司在探索。

美國波士頓動力1992年成立之初就開始進行Atlas的相關研究了。波士頓動力經(jīng)歷了被谷歌收購，又轉(zhuǎn)賣給軟銀，在公司經(jīng)歷不斷的動蕩期間，也沒有停止在大型仿人機器人上的研究。

日本本田公司早在1986年就開始研發(fā)ASIMO機器人了，擁有33年的研發(fā)經(jīng)驗累積。

在大型仿人服務機器人的中國代表，就是Walker。

人工智能領域世界級專家戴維·拉維預言，2050年會有人和機器人結(jié)婚。這在一定程度上也體現(xiàn)了人類對機器人功能需求的多元化，我們要的是一個能服務我們、陪伴我們、理解我們的伙伴。

為了讓機器人真正走進家庭，Walker的研發(fā)團隊在成本控制上也下足了功夫，自研伺服舵機，硬件模塊化應用，減少機器人的制造和維護成本。

作為面向家庭服務的機器人，Walker想要落地，就要做到成本可控。模塊化的應用在生產(chǎn)組裝中可以實現(xiàn)機器人單體的性能測試。

家庭環(huán)境也有很大的差異，對機器人的行走能力要求就會更高，Walker的產(chǎn)品設計思路更貼合現(xiàn)實應用的需求。比如在類人步態(tài)算法的提升，Walker需要在平地、地毯、樓梯上都能自如行走。

服務機器人在操作方面需要與人和物體進行交互，因此在感知和力的控制方面就有更高的要求。Walker在安全柔性交互、語音交互、計算機視覺上都進行了算法的提升，避免機器人和人類在交互中受到傷害。

應用，已經(jīng)成為了大型仿人服務機器人的攻堅目標。Walker的研發(fā)團隊表示：“我們希望賦予Walker更協(xié)調(diào)的全身運動能力。讓大型仿人機器人能夠真正走出實驗室，走入真實的用戶場景中給大家?guī)w驗。目前Walker已經(jīng)面向科技館、展覽館、高校等展開合作，希望能有越來越多的普通人了解大型仿人服務機器人的最新前沿進展，越來越多的專業(yè)人員能和我們一起幫助Walker成長。”