这家致力于开发仿人机器人的公司,正在打造中国版 ASIMO

在 2017 世界机器人博览会现场,你或许会发现大部分服务机器人的形态都是类似的,通用的移动底盘加上显示屏是最常见的组合。当展台之间有一定的高差时,工作人员就会「协助」机器人跨越障碍。

   

序厅入口处的第一个展台却有三台另类的机器人,它们高 1.37 米,与正常的人类一样拥有两条腿,可以执行行走、舞蹈等任务。当机器人开始挥手表演时,总会吸引大量的人群围观。

这三台机器人来自北京钢铁侠科技,这家成立于 2015 年的公司,利用两年的时间研发了三代仿人机器人。与其他已经实现量产的服务机器人不同,钢铁侠重点研发大型双足仿人机器人的本体、「运动脑」以及核心零部件。

钢铁侠科技联合创始人庄园称:「如果把 AI 比作机器人的大脑,目前我们正在研发的机器人运动控制系统相当于机器人的小脑。」


瞄准双足机器人控制系统

与无人车类似,仿人机器人也是一个复杂的系统,应当具备感知、交互、决策、控制等功能。在感知和交互层面,目前已经有大量的商业公司和高校团队在做 SLAM、语音识别等技术的研究,成果显著。这些研究也构成了现在服务机器人的基础,但由于双足机器人在运动控制和稳定性方面仍有很大的技术障碍,所以轮式机器人成为了目前市场的主流。

实际上,双足机器人在运动状态下的平衡及稳定性一直是业界的难题之一,即使在目前的 DARPA 机器人挑战赛中,仍有不少机器人会在碰到障碍物时摔倒。因此,商业化前景也不甚明朗。

但对于许多高校科研机构来说,他们迫切需要一个机器人的实验平台。目前,要么花费巨款购买国外的机器人,要么花费长时间研发自己的机器人,但门槛一直很高。「例如,Atlas 售价超过 200 万美元,但在国内依然无法买到。」钢铁侠创始人张锐表示。

「做机器人开发没有机器人本体,类似 iOS 开发没有 iphone 。」庄园说,「我们希望能够打造这样一个平台。」由此,钢铁侠选择了切入高校、科研院所、科技馆等场景,为其提供科研平台,降低研究的门槛。据了解,目前钢铁侠已获得多个意向订单。随着技术的升级以及成本的降低,将吸引更多的高校进行采购。

齐备的技术人员及其科研项目经验,构成了钢铁侠研发能力的底座。在 2015 年创业之前,张锐曾在北航无人机所、中科院自动化所、中国航天院工作,参与过嫦娥卫星、军用无人机等科研项目。研发团队也主要由曾工作于中国科学院、航空航天院所以及外企的资深工程师构成。目前,团队分为硬件组、机械组、平台组、软件组和设计组,共二十多人的规模。

2016 年 3 月,钢铁侠的第一代原型机研发成功,实现了智能行走。同年 7 月,中国工程院院士、解放军总装备部少将李德毅院士在考察钢铁侠科技后,成立了院士专家工作站,同时表示:「这种机器人在人机交互和复杂地形的适应方面有天然优势。如果运动平衡问题解决得好,再用人工智能技术当大脑,仿人机器人将具备广阔的应用场景和巨大的商业化价值。」

在软件算法和控制程序上,张锐团队吸收了李德毅的建议,加入「运动脑」概念。根据张锐的介绍,运动脑是基于机器人的形态,然后结合正逆向运动学、动力学以及人工智能技术,让机器人具有自主运动能力的一套决策系统。一般来说人的运动平衡主要是小脑在负责一些平衡,大脑一部分也来负责运动的一些决策,在机器人的运动决策里,钢铁侠把类似人的小脑和大脑中负责运动控制的部分紧密结合,构成功能体。

操作系统方面,由于机器人本体上分布有大量传感器、电机、控制器等,需要一套通信机制,因此钢铁侠科技采用了机器人专用操作系统 ROS,并对系统内核做了大幅优化,在相关驱动、工具上做了修改,使之更适合 ART 机器人。

在硬件本体层面,钢铁侠科技采用自主研发的姿态传感器、力矩反馈传感器、避障传感器,配合摄像头及力觉模块,可以实现机器人自主导航和步态规划。

由于一般工业机械臂只有 7 个自由度,而钢铁侠机器人有 36 个自由度,这也意味着机器人的实时性、稳定性是研发的一个重点。在针对通信、控制方面的相关问题,钢铁侠科技对 ROS 的实时性做了大量优化,采用自主设计的 ARTNET 通信网络,解决了复杂通信的问题,使之更适合 ART 机器人的动态响应。在算法执行层面,钢铁侠科技采用自主研发的驱动器和控制器,有效增加机器人的整体响应效果。

人形机器人的商业化挑战

服务机器人的概念广泛,包括个人、家用机器人和专业服务机器人。它们一般拥有视觉、语音等传感器,从而感知周边的环境,实现信息交互通能。典型的家用机器人就是扫地机器人。机器人形状百态,造型随着特定的功能和用途而设定,并非通常人们印象中的「机器人」概念。目前轮式、双足机器人解决了不同问题。庄园认为,以后的机器人主要有两种形态,一种是类似 ASIMO 服务人类的,另一种是路上的无人车,无人车主要解决了交通运输出行的需求,其他的服务都可以用这种机器人代替。

   

在钢铁侠的设想中,未来的人形机器人能够覆盖娱乐、陪伴、教育等智能服务。这种人形机器人更类似于日本本田的 ASIMO ,目前的 ASIMO 不但能跑能走、上下阶梯,还会踢足球和开瓶倒茶倒水,动作十分灵巧。相比于带有强烈军工色彩的波士顿动力,ASIMO 也更适用于日常的智能服务。

但人形机器人是否有开发必要,有一定的争论。今年 8 月初,李开复就有提及:「机器人应以实用为主,人形机器人难以盛行于世。」因为以现在的技术制造它们太难了,即使造出来了恐怕也难以达到人类的期望值。   

                                           

不过,软银收购波士顿动力的背后,是孙正义的认同和支持,他认为机器人、人工智能、物联网等将是变革人类未来的重大技术,在信息革命的下一个阶段,机器人将是核心驱动力之一,「 Marc Reibert 和他的波士顿动力团队绝对是高等机器人研发领域的先驱」。在这个理念之下,软银集团还斥巨资收购了法国仿人机器人公司 Aldebaran Robotics、日本双足机器人公司 Schaft,加强在双足大仿人机器人方面的战略布局。

                                                                                                        

「如果只要做特定的某个任务,确实没必要做人形机器人,比如说物流的 AGV 用轮式机器人就可以,工业有机器臂就可以。」庄园认为,「人形机器人未来最大的应用场景,是在人工智能成熟之后,可以作为一个更广义、更通用的平台。」另一方面,在机器人产业化早期阶段,会存在多种产品形态并存的局面,由于技术门槛较低,大多数厂家会集中在轮式机器人的竞争。随着腿式机器人技术积累、更适合与人互动和愈发广泛地应用,腿式机器人所占比例会不断增加。   

无法回避的是,这个过渡期仍然漫长。谷歌的放弃,正是因为波士顿动力需要很长的时间跨越技术难关,但一直没有商业化的路径。由于足式机器人高昂的成本,续航时间不足等问题,很难进入进入商业市场。所以目前低门槛的轮式、履带式机器人也成为了厂家所选择的主流形式。

                                                                                                                                        

相比于较为成熟的 ASIMO,庄园认为,国内的产品在步态算法方面还有很大的差距,其中很大的原因在于人才的匮乏。「中国有机会做仿人机器人算法研究的人不会超过两位数,每年培养的博士不会超过五个人。研究这种机器人的门槛太高了,但日本美国的高校研究的人多很多,成百上千。」庄园说。

世界机器人大会上,钢铁侠展出了第三代机器人 ART-2 。相比于第二代机器人,它模块化的外形更具整体感,同时还增加了十指灵巧手,对机械电子设计方案、电机驱动性能和「运动脑」等方面做出了优化提升。在未来,钢铁侠将专注于双足大仿人机器人的本体设计、仿真环境开发,以及运动控制算法设计,积极通过与高校的合作,加速算法的创新,从而增强机器人的稳定性。目前,钢铁侠并不急于具体应用场景的开发,「中国真正缺的是比较好的机器人平台以及机器人控制系统,我们想在这方面把它做深。」

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