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【CES 2019 】優必選推出能開冰箱取飲料新一代 Walker 機器人 究竟是如何辦到的?

文、圖/雷鋒網

如果問及智慧家居中最高級的智慧設備是什麼?印象最深刻的,莫過於曾出現在周潤發電影中的機器人管家“傻強”。 

當然,以現在的技術能力,距離打造這樣一個高度智慧的機器人管家尚且遙遠,尤其是足式機器人的發展進度緩慢,包括電池功耗、智慧感知,甚至在最基本的動力學控制設計上仍有進一步升級空間。因而,國內外能夠商用的足式機器人,尤其是仿人機器人少之又少。 

不過,在今年的CES展會上,優必選主推產品正是一款大型仿人服務機器人新一代Walker。本文接下來從技術、功能、應用場景等幾個方面就優必選此次推出的新一代Walker進行剖析。 
(圖片來源:https://robotstart.info/2019/01/15/new-walker.html)

結構設計:加入雙臂,可開冰箱門

在今年的CES上,優必選的主推產品Walker身高1.45公尺,擁有36個高性能伺服關節(腿:6x2,臂:7x2,手:4x2,頸:2),其中,雙臂擁有 7 個自由度,據官方資料顯示,在智慧感知方面,Walker 具有力覺、視覺、聽覺、空間感知系統及能力。 
 
目前,Walker手臂的伺服舵機和結構設計,使它的單臂在伸展時可承受1.5kg的重物(拎東西),雙臂伸展時可承受3kg的重物,雙臂合作下最大可以舉重10kg。同時,Walker的雙臂具備很高的控制精度,手指可以靈活地彈琴、寫字和畫畫。 
 
如果大家有關注優必選的人形機器人的話,應該會注意到,其實早在去年CES展會上,優必選就曾推出Walker的初代產品。由於去年CES展會上的產品原型並沒有加入手臂,因而當時提的是「大型雙足機器人」概念。 
 
在CES 2018上,身高 1.3m的初代Walker主要展示的是其“腿部功夫”,可以實現全方向自由行走、穩健爬坡以及平穩上下樓梯的能力。另外,初代Walker已經擁有語音交互、導航避障、安全監控、視頻通話等常用功能,可以使用手機 App 或語音等多種方式進行交互。 
 
相較而言,在今年的CES上,加入雙臂,並更加“人形化”設計後,新一代Walker提的概念是「大型仿人服務機器人」。在展會上,主要展示了其手臂的靈活性,包括跳舞、開冰箱門、遞雨傘、遞薯片等動作。  
 
從外形上來看,其實優必選的Walker在這一年內經歷了一個快速的“養成期”,從足式機器人進化為人形機器人,而現在看來,Walker的第一代產品其實更像是優必選這款服務機器人商用化試水的第一步。 
 
伺服舵機:柔順控制

優必選在今年的CES上就機器人的運動能力和控制能力上一直在強調一個關鍵字:柔順控制,這其實源於其在伺服舵機的研發和改進上的多年經驗的沉澱。 

Walker採用的伺服舵機也正是優必選自研的高性能伺服舵機,該伺服舵機設計參數包括:採用一體化驅動單元設計,由無框力矩電機、精密諧波減速、驅動控制器及雙編碼器組成。擁有從2.5Nm到160Nm的系列伺服舵機作為驅動單元,速度可以達到60轉/分鐘,支援位置模式、速度模式和力矩模式三種控制方式。 

據雷鋒網瞭解,在商用機器人“人形化”過程中,伺服舵機也是關鍵硬核。優必選成立於2012年,早在2008年,其初創團隊已經著手研發人形機器人的伺服舵機。由此可見,伺服舵機也是優必選的主要著力點之一。  

演算法:自平衡和手眼協調能力

無論是足式機器人,還是輪式機器人,演算法都是至關重要的一部分。而在足式機器人上,基本演算法又可以分為兩方面:步態演算法和控制演算法。 

據CES現場演示可以看到,Walker具有較好的自平衡能力,在行走時可以保持姿態穩定。官方介紹稱,新一代Walker可以實現手眼協調操作及柔性安全交互,通過步態規劃與運動控制,Walker可以在地毯、地板、大理石等不同材質地面穩定行走,並能夠適應障礙物、斜坡、臺階、不平整地面等複雜環境。 

優必選還特別強調了Walker的自平衡能力和手眼協調能力: 在站立或行走過程中,它一旦受到外部衝擊擾動或慣性擾動,可以通過腿部的柔順控制調整自己的本體位置和姿態,從而保持自身平衡。如果外部擾動過大,它還可以通過調整落足點來獲得平衡; 
通過與自身視覺感知、力感知的配合,Walker可以獲得外部運動物體的位置及姿態資訊,即時地配合運動物體進行相應的操作,從而實現手眼協調操作的功能。  
 
值得注意的是,優必選的新一代Walker還擁有一個被官方稱作「零力模式」的概念。在零力模式下,使用者可以自由地拖動Walker機器人進行示教,讓機器人學習並完成複雜任務。例如,在零力模式下,人手引導機器人做抓取物體的動作,機器人可以在學習後複現動作。 
 
這個概念其實是一個特定場景教學概念,有點類似現在智慧音箱中經常提到的語音助手的訓練模式。在機器人中加入這一模式其實想要實現的功能類似,都是希望設備在用於特定場景時,可以通過“後天”學習,達到在特定場景中的針對性功能訓練和應用。 

視覺能力:避障和識別

優必選新一代Walker在視覺能力方面可以分為兩類:視覺導航避障和機器視覺。 

視覺導航避障。SLAM是現在機器人多用的視覺導航技術,而優必選採用的是自主研發的U-SLAM視覺導航避障技術,通過這樣的技術配置可以使Walker獲得外界包括輪廓、顏色、深度等資訊,從而保證在動態運動場景下對運動物體的抗干擾能力,以及自主導航的精准性和穩定性。 

優必選官方表示,主動避障技術可以幫助Walker在避障時考慮障礙物的運動狀態,同時,其自身的路徑規劃器會根據預測的障礙物運動軌跡及已有地圖資訊,在時間和空間兩個維度上規劃出避障導航的最優路徑。  

機器視覺。機器視覺的逐漸成熟其實為各類設備帶來更豐富的應用功能,當然也包括機器人。Walker可以在複雜背景環境中實現包括人臉、物體和場景三個方面檢測識別。其中,人體資料包括性別、年齡、身份、情緒、姿態等多種資訊;物體資料包括位元姿、類別、操作點等資訊;場景識別則包括Walker所處場景的種類和特徵。 
 
應用場景:智能家居

據雷鋒網(公眾號:雷鋒網)瞭解,Walker最終的落地方向和目標是家庭場景,同時,針對現在的智慧家居場景,Walker擁有豐富的智慧家居介面,能夠依據使用者習慣和場景,協助用戶自主控制燈光、電器、插座等常見家庭設備。另外,據官方透露,目前,Walker的5G通信的應用正在測試中,未來在雲計算、IOT(物聯網)、NLP(自然語音交互)等領域都可以切換最新通信技術。 
 
傻強:雖然尚遠,但仍可期

從此次優必選展示的新一代Walker,可以看到,人形機器人在技術能力上其實已經有了一定的進展,雷鋒網特別注意到,優必選的Walker在展示過程中,並沒有像此前世界機器人大會上的人形機器人一樣,尾部拖著長長的電源線,而是已經進化到在演示過程中可以蛻去尾巴。據官網公開的資料參數顯示,Walker採用 54.6V/10Ah/ 6kg磷酸鐵鋰電池,2小時充滿電後,可以實現2小時持續供電。另外,在人機交互方面,新一代Walker也帶來了更多的能力。 

從另一方面來看,新一代Walker要與本文前文提到的周潤發的“傻強”對比的話,無論是在動作銜接的流暢度,還是具體功能在實際應用場景中的實用程度仍有一定差距,即使在智慧家居控制方面,也難免會被一些人認為是功能的嵌套。總體而言,新一代Walker雖然亮眼,但是與用戶實際預期,仍有較大差距。 

不過,如果說整個機器人系統研發過程需要有多個步驟的話,至少現在已經有了一個基本模型,至於之後的技術反覆運算、功能優化,仍要學術界和業界繼續發力。優必選也表示,人工智慧和機器人是長期的事業,對於核心技術,不只是佈局未來5-10年,更要佈局未來50年的前沿技術。 

畢竟,飯要一口一口吃,路還是要一步一步走。



取材自:智慧機器人網 (2019/01/10)
https://www.limitlessiq.com/news/post/view/id/8414/



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