太浪作者

春晚机器人Walker:台上10秒钟,台下1200多个小时

2018 年 12 月,优必选正式收到央视春晚邀约,参加深圳分会场的节目筹备。此次要在春晚舞台上表演的,是大型仿人服务机器人 Walker。

为了 Walker 上春晚,优必选直接、间接动用了大概 100 人以上的人力,并安排了 40 多人的研发团队在春晚节目现场支持,其中的技术团队包括视觉、导航、通信、伺服舵机、运动控制、结构、电子、交互等,每一部分的负责人都在彩排准备现场随时待命,手机也要保持 24 小时开机待命状态,最终保证春晚顺利进行,让大家能看到首个中国企业自主研发的大型仿人机器人。

50 余天,1200 多个小时的坚守,「虽然很累,但能代表中国科技登上最受关注的舞台,大家都还是很骄傲很开心的。」

昨晚,优必选 6 台大型仿人服务机器人 Walker 登上央视春晚深圳分会场的舞台,在明星韩雪、关晓彤、王嘉、魏大勋、台风少年团参与的歌舞节目《青春畅想》中,当起了伴舞。

这是自 2016 年以来,优必选机器人第三次亮相央视春晚。2016 年,540 台 Alpha 机器人(人形机器人)亮相猴年春晚,为孙楠伴舞《冲向巅峰》。2018 年,24 台机器狗 Jimu Robot(编程机器人)亮相狗年央视春晚的开场舞。

Walker 的定位是走进家庭的服务机器人,为人们提供智慧服务。它的很多功能和特性是为了人类的家庭场景所专门设计的。

亮相 2019 年春晚,优必选的考量是:告诉大家,大型的仿人服务机器人并非遥不可及,它正在一步步走近我们的生活。Walker 新一代刚刚于 2019 CES 发布,「它出来后,有春晚这样一个面向大众的舞台,既然它最终要走进家庭,让大家提前了解一下也挺好。」

此次针对春晚表演,他们加快了 Walker 研发进度,做了很多技术上的突破。

央视春晚加速 Walker 研发进程

Walker 的生产和装配是极其复杂的工序,优必选本来只计划制作 3 台,但是春晚节目对于机器人数量有要求,最少 6 台,于是公司内部协调了物料、加工、测试等多方资源,加班加点,在计划 3 台的基础上又多赶制了 5 台 Walker,多 2 台备用,全力保障春晚的执行。

Walker 零件多,组装复杂。为了给后面整机调试争取更多的时间,元旦三天假日和周末,春晚项目组负责结构的技术人员们没有休假,舵机组的技术人员也加班测试调试舵机,组装完一台就交接给测试同志,「在运动控制组实验室里干得汗流浃背,外面是穿羽绒服,室内是穿短袖,还满头是汗。晚上干活太晚就直接支个行军床在办公室休息,第二天早上起来继续装机。」就这样,他们将原先需要二到三个月才能够组装完成的机器人,在一个月的时间内组装完成。

节目创意和舞蹈编排的过程一直在持续进行。从还未确定曲目开始,团队就在不断尝试开发 Walker 可呈现的亮点舞蹈动作。技术和产品组根据机器人关节的运动空间、运动角度,以及它的灵巧手等硬件关节的特征,设计符合机器人特征的舞蹈动作。在这个过程中,他们需要克服机器人的运动速度以及运动范围的不足,展示它的灵活度和自由度。

为了配合节目需求,优必选准备了多种不同的表演形式,包括前期的 Walker 表演钢琴、跳国标双人舞等形式,最终确定用 6 台 Walker 机器人与舞蹈演员表演集体舞蹈且加入变换队形的表演元素。

想要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。Walker 使用的大型伺服关节,拥有从 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),支持位置模式、速度模式和力矩模式三种控制方式。

在 Walker 春晚表演背后,更复杂的技术是软件的控制算法。如果只有舵机,没有优秀的运动控制算法,就像一个人身体很健壮,但不会打篮球、踢足球,更不会跳舞。运动控制与步态算法是机器人能够直立行走、跳舞以及做很多复杂动作的关键。

据优必选介绍,春晚 Walker 所展示的舞蹈效果,主要技术是运动控制算法,步态和手眼操作的协调一致,自身保护算法和柔顺控制,再加上视觉识别和导航定位。

优必选表示,Walker 新一代从 2018 年 2 月份立项到 8 月份出来样机,外观有了很大改变,很多功能亟待验证和完善。Walker 最终在春晚节目中呈现的动作和舞蹈所需要的功能,有很多还在研发和产品规划中,比如多台机器人同步进行控制的问题,以及机器人的手臂和腿部的协调控制的问题。本来计划半年以后需要实现的工作,由于春晚节目的需要,他们将这项工作提前压缩到一两个月时间完成。

进组后,为了让 Walker 在镜头前呈现最佳表演效果,编舞团队依旧在不断地优化细节和动作。

Walker 机器人首次多台同步表演,给通信技术带来挑战

春晚项目之前,Walker 机器人没有做过多台同步表演,包括在 2019 CES 也是一台机器人去完成家庭环境中的任务。

春晚上要求机器人实现多台机器人实时同步的动作,还涉及到跟音乐、表情等多方面的协调;同时,需要处理现场各种各样的通信信号的干扰;此外,导演对机器人的动作和音乐的卡点非常严格,需要在某个音乐点切入的时候,机器人马上配合音乐节拍跳舞。这就对通信方面的要求非常高。

相关技术人员提出了各种通信频率的方案,做了非常多测试工作。

最终,他们采用了具有频点选择灵活,抗干扰能力强的中长距离的无线调制解调技术方案,以应对复杂的春晚现场无线电环境。在硬件方面,采用了具有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。在同步软件设计方面,采用了自研的适用于无线电传输的鲁棒性较强的多次同步算法,以确保任何一次的同步触发的成功执行,完成了十几毫秒内的动作同步。

打一场硬仗

2018 年 11 月初,优必选开始跟春晚导演组接触。12 月,真正确定以及优必选正式收到春晚邀约,彼时,距离 2019 CES 还有一个月左右的时间,他们将要在 CES 上发布 Walker 新一代。

「时间紧,项目多。我们要在非常短的时间内,筹备 CES2019 和央视春晚两场高规格的大型展会和晚会,对于所有参与的人员来说,都是一场硬仗。」

为了 Walker 上春晚,优必选直接、间接动用了大概 100 人以上的人力,包括行政、人力、采购、物流、电商、市场、品牌、研发、产品、设计等各个部门。

在春晚节目现场支持的技术研发人员大概有 40 多人,技术团队包括视觉、导航、通信、伺服舵机、运动控制、结构、电子、交互等,每一部分的负责人都在彩排准备现场随时待命,手机也要保持 24 小时开机待命状态。因为 2016 年、2018 年上春晚的机器人都是优必选非常成熟的、已经量产的机器人,而此次参加春晚的 Walker 是在 CES 上刚刚发布的。

现场直播对机器人的可靠性和稳定性要求极高,他们对要上春晚的 6 台 Walker 机器人各方面的能力(续航能力、运动能力、稳定性和表现力)进行了大量测试和预演。

Walker 产品经理施秋鸿表示,「接到春晚任务的时候,我们迅速分解了目标、工作量、时间节点,从整体的舞台展现效果到产品需求,再到实际执行环节如物料采购,组装调试,集控联调,外观细节打磨,表情动效设计,编舞与动作示教编程等等,紧锣密鼓有序协同。但是临近驻场彩排,需求变更的频繁程度还是超乎我们意料。」

在一次又一次的深度加班之后,又考虑团队一部分火力还分散在支持 CES 展示任务,他发了一条朋友圈:「提前排雷,拒绝失控」,当天迅速增调人手。

春晚项目组现场工作人员每天基本的工作节奏,都是根据春晚节目组提供的联排日程安排表来进行。在联排日程安排表的基础上,Walker 项目组会抽空安排一些舞台测试、走位以及舞蹈动作的环节。

杨雪是 Walker 团队项目经理,她最大的感受是,整个筹备的过程充满了不确定的因素。导演会随时根据现场的情况和表演的效果调整。在现场会随时叫机器人上场,所以大家都是精神高度集中的状态。

丁海明是电子通讯负责人,他介绍,春晚项目组的作息时间跟平常上班完全不一样,彩排的重头戏经常是在晚上 11 点多甚至是凌晨一两点。当意外发生时,需要快速响应和解决问题。比如无线接收模块在排练过程中出现问题的话,需要马上更换另一种方案,这个更换的所有工作需要在 1 天内完成。

但是当第一次正式彩排,听到倒数声音响起的时候,丁海明特别激动,他说,当时手指都在颤抖,感受到了巨大的荣誉感和使命感。    

刘益彰是 Walker 技术负责人,春晚正式开始前,他接受采访时表示,「今年已经和家里人说了大年三十不回家过年,但是因为央视春晚对于保密方面的要求,就没有说是因为 Walker 要上春晚的原因。希望在春晚的时候能给大家一个惊喜,还蛮期待的。」

据优必选介绍,「Walker 机器人的舞姿融合了现代舞及 popping 流行舞,配合歌曲节奏的变化,机器人不断变换队形,由一排踏步走位排成三角阵型,加上萌趣、多变的眼部神情和实时模拟真实演唱的嘴部动效,给观众带来了别样生动的体验。」

产业优必选科技机器人人形机器人
1
相关数据
规划技术

人工智能领域的「规划」通常是指智能体执行的任务/动作的自动规划和调度,其目的是进行资源的优化。常见的规划方法包括经典规划(Classical Planning)、分层任务网络(HTN)和 logistics 规划。

推荐文章
暂无评论
暂无评论~