今年央视春晚的创意担当,给了这个1岁的“拓荒牛”机器人

百家 作者:腾讯科技 2021-02-12 13:43:19 阅读:450

一家科技企业的智能机器人,竟悄然成为了春晚保留的科技节目。


而且还是央视春晚钦点的那种。


牛年来临之际,一群来自深圳的“拓荒牛”四足机器人,便登上了春节联欢晚会的舞台,与刘德华、王一博、关晓彤一起表演了创意节目《牛起来》,这也是它们在全国人民前的首次亮相。


来欣赏一下它们“旋转,跳跃,我不停歇”的曼妙舞姿。



而制造这些“拓荒牛”四足机器人的公司优必选科技,已经是第四次登上春晚舞台。


众所周知,央视春晚导演组对于节目的要求极高,质量把控也是极为严格。这家企业的机器人为什么会如此受到春晚青睐?


能上春晚的机器人,拥有怎样的“功底”?


作为登上春晚的 “演员”,外在形象必须过关。


本次登场的“拓荒牛”四足机器人,站立身高83cm,自重60kg,负载15kg,以深圳特区“拓荒牛”为设计原型,身着中国红及祥云图案,加上炫彩灯光条,在融合传统元素的同时,还呈现出酷炫的科技感。


昂首挺胸,奋蹄向前的“拓荒牛”四足机器人,“牛气冲天”势不可挡。其背后蕴含了一系列优必选科技自主研发的硬核技术:高性能实时主控系统、力控伺服驱动器、全动力学优化算法、激光雷达定位导航算法……其中涉及的申请专利超2500件。



再来欣赏下“演员们”的舞姿。


无论是点头,还是扭肩,动作连贯得可谓是一气呵成。


伴着节奏感十足的音乐,嗯!是有种“左手画个龙,右手画彩虹”的魔性感了。



教人类舞蹈初学者尚且不是一件容易的事,毕竟“台上一分钟,台下十年功”。

这些机器人又是如何做到如此“整齐划一”的呢?


主要难点有二。


难点一:力控关节


要具备优美、连贯的肢体表现力,关节的灵活运用起到了关键的作用。


“拓荒牛”机器人能够做出高难度动作,也是归功于此——共有16个自由度:


每条腿3个自由度(共计12个)


头部3个自由度


尾巴1个自由度


在拥有如此多的自由度下,能让“关节”精准地输出位置和力矩,力控伺服驱动器 便是核心。


简单来说,就是机器人身上的每个伺服驱动器,在接收到指令之后会做到实时响应;多个伺服驱动器“协同运行”,便可以让机器人灵活运动起来了。


从硬件构成来看,伺服驱动器主要包括了电机、减速器、码盘和力矩反馈单元等。


而这次针对“拓荒牛”的表演任务,对伺服驱动器各个硬件的选型,也成为了一个重要的问题。


为此,优必选科技利用正反驱固有频率匹配和惯量匹配的方法,解决了这一问题。


值得一提的是,这是优必选科技在去年10月才刚刚研发出来的两款力控关节。


与现有四足机器人产品不同,“拓荒牛”四足机器人采用通用力控关节,同时满足高精度高带宽力矩控制、较大的力矩/质量比,未来能够在优必选其它机器人产品上作为腿部和手臂关节使用。


难点二:步态算法和定位算法


从舞台上“拓荒牛”的表演中不难看出,大型四足机器人在台上不仅要快速行进,而且还要完成高难度动作,这就需要高动态运动控制算法,来实现给定轨迹的跟踪。


得益于优必选科技早前对大型仿人服务机器人Walker的研发基础,即“基于优化的全身运动控制”算法软件库,使得此次对于“拓荒牛”机器人的算法研发工作,并不是“从0到1”的过程。


工程师在Walker的动力学模型基础上,替换为适用于四足机器人的模型。


△ 优必选“拓荒牛”四足机器人

除此之外,还根据舞蹈的动作命令,利用软件库实时求解出各个关节所需要的力矩。


定位也是算法层面的另一个难题,毕竟人类演员彩排时,对演员舞台的“定位”也是非常重视的。


为此,工程师们针对舞台现场的特点,优化了激光雷达建图定位算法,建立了舞台的3D地图,解决了这一问题。


与此同时,在高性能算力的支持下,这些复杂的算法能够控制在1kHZ下实时完成。


除了上述的两个难点之外,还有一个“隐形”的困难,那就是时间。


优必选科技2020年初开始研发四足机器人,在2020年底收到央视牛年春晚导演组对于大型仿生牛四足机器人的需求,约20名软硬件技术研发工程师,在不到三个月的时间内攻克了多项技术难点。


能够在如此之短的时间里,满足春晚导演组的高要求,原因很简单:


是“老司机”了!


这不仅仅归功于技术层面的积淀,还受益于多次亮相春晚积累的经验。


在2016年春晚上,540台Alpha机器人带来了集体舞蹈表演,星际既视感满满。



2018年,优必选科技又派出狗年特别版机器人Jimu汪汪组队“热舞天团”。



2019年,优必选科技6台大型仿人服务机器人Walker,与演员同台表演歌舞《青春畅想》。



但对于智能机器人来说,只会“演出”,其实是远远不够的。


舞台之下,智能机器人的高光时刻


机器人技术作为20世纪人类最重要的发明之一,其初衷应当是不变的,即服务于人、提高效率。


真正属于它们的高光时刻,应该体现在为人类提供服务。


从整个行业来看,我国机器人主要分为工业机器人、服务机器人和特种机器人。


△ 数据源:中智科博,2020年6月


目前,占比最大的还是工业机器人,为84%;其次是服务机器人和特种机器人,占比分别是11%和5%。


对于四足机器人的应用,优必选科技表示,目前还处于研发阶段,未来可以在人工智能和机器人科研教育、商业服务、安防巡检等领域落地应用,与公司其它机器人一起,为各行各业提供智能化的服务,实现“让智能机器人走进千家万户”的使命。


无论是四足机器人“拓荒牛”、大型仿人服务机器人“Walker”亦或是编程教育机器人“Jimu汪汪”等,在春晚上亮相,不仅提供了一场科技的“视觉盛宴”,同时也让过去看起来遥不可及的智能机器人走入大众视野。


这也同时反映出,随着技术的不断发展,智能机器人更是从工业界开始逐渐步入人类的日常生活,尤其是在疫情期间。


过去一年,中国的科技抗疫经验为全球抗疫斗争注入信心。从疫苗、检测试剂的研制,到人工智能、机器人、5G 技术等前沿技术的实践应用,中国创新科技为疫情防控提供了有力的支撑。


而智能机器人成为抗疫过程落地最快、应用最广的AI应用。


在医院等应用场景中,智能机器人可以提供口罩检测、测温、消毒等服务,大大降低人类感染病毒的概率。


科技抗疫的背景下,“无接触式”需求的萌生,让智能机器人的价值得到了最大化的体现。


中国的人工智能机器人企业不仅在国内展开抗疫行动,还将中国智慧带到海外,助力全球抗疫。


例如优必选科技在去年驰援了包括韩国、日本、比利时、西班牙、沙特、迪拜、几内亚等在内的14个海外国家和地区,防疫机器人提供无接触测温、导诊咨询、口罩检测等功能,覆盖9大高危场景。其最新研发的紫外线消毒机器人ADIBOT净巡士,近期也在美国特拉华州的学校应用,进行精准消毒,保障校园安全。


这些智能机器人,在关键时期承担了高风险“重担”,成为抗疫期间的科技助手。


而 “疫情”之后,如何持久地推动智能机器人落地成为考验机器人企业的关键问题。


因此,如何更全面、更实际、更深入地去落地,是整个行业最为关注的话题。


智能机器人这条路,接下来该怎么走?


智能机器人除了在抗疫期间发挥重要作用外,其实,很早便在其他各种领域有所应用。


例如我们可以在城市规划馆、政务展厅、党建中心等场景中见到智能机器人的身影。


△ 优必选Cruzr(克鲁泽)在嘉善新城规划馆担任智慧导览员


虽然智能机器人的发展已然有了“百花齐放”的趋势,但这种发展模式是否正确?


还是更应该聚焦在某个关键领域?


对此,优必选科技创始人、董事长兼CEO周剑表示:


目前人工智能和机器人还处于初级的阶段。在这个情况之下,每家公司都在探索新的市场,没有一个标杆可供参考,完全靠自己摸着石头过河,所以任何领域有需求时,我都得去主动接触,如果这个需求可以承接,并且有机会继续深入,直到把垂直领域全部吃透,才有大概率形成一款客户刚需的产品。


但好在我们目前在不断地聚焦,经过了大概十几个行业的不断探索之后,我们会聚焦 2 到 3 个或者 3 到 4 个行业应用场景。这就是我们公司目前正在做的事情。


如果把公司的核心技术比作一条河流,沿着它,有些地域能够孕育生命,而后逐步发展壮大成文明。


人工智能教育,便是优必选科技成功探索的领域之一。


凭借雄厚科技实力及教研资源,优必选科技推出了基础教育校内、基础教育校外、高校教育三大教育解决方案,探索专业的人工智能教育。


具体而言,包含了人工智能课程、师资培训、活动竞赛、空间建设、软件平台等内容。


目前,优必选AI教育业务所覆盖的国家多达40个,有约150万名学生通过它来学习AI。


在国内,2020年年初,优必选科技人工智能教育落地山东潍坊44所中小学。


同年6月起 ,优必选科技与余杭区教育局合作,为全区96所中小学、约33000余名中小学生提供AI课程、竞赛、实践等学习机会。


同年7月起,优必选科技为厦门市100所学校,提供一整套涵盖小学、初中、高中各年龄阶段的人工智能教育解决方案。


△优必选科技联合余杭区教育局落地人工智能教育项目


而且在“新基建”的大势之下,人工智能行业的发展,需要的不仅仅是资金、技术的投入,还需要人才的投入。


行业专家指出,培养人工智能人才的战略任务肯定要由教育来承担,这是新基建机遇下赋予教育的重要使命,人工智能教育是新基建的基石。


不难看出,无论是立足整个智能机器人行业的发展,还是具体到人工智能教育领域,优必选科技选择的都是以智能机器人为载体,人工智能技术为核心,深入行业的打法。


基于这样的战略,除了人工智能教育,优必选科技还在智慧物流和智慧康养等领域进行布局。


或许,这正是央视春晚4次“点名”优必选科技的原因。


亮相央视春晚的背后,不仅体现了技术实力,还折射出以优必选科技为代表的中国企业,在坚持核心技术自主研发的前提下,成功探索出智能机器人落地应用的发展之路。未来,将有越来越多的中国科技企业凭借开拓创新跑出“加速度”,构建以技术为核心的全球竞争力。




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