不管怎么說，一談起仿生機器人，波士頓動力就是一個永遠繞不過的存在。

　　從雙足人形機器人，到 Spot mini 四足機器人，波士頓動力機器人展示出來的實力，不僅在美國一枝獨秀，對比歐洲團隊也有相當明顯的優(yōu)勢。

　　坦白說，波士頓動力自 1992 年成立以來，一直依賴美國國防部和 Alphabet 等財力雄厚的資助者。強大的資源支持和多年的技術(shù)積累，讓波士頓動力憑一己之力，幾乎將全球腿足機器人劃分成了兩個陣營，波士頓動力和其他。

波士頓動力雙足機器人（來源：波士頓動力）

　　如今，包括波士頓動力在內(nèi)的四足機器人團隊已經(jīng)開始了商業(yè)化探索，中國亦有機器人團隊造出了四足機器人，同時也開始在市場上尋找合適的商用場景。

　　朱秋國是浙江大學控制科學與工程學院 & 工程師學院的碩士生導師，且?guī)ьI(lǐng)團隊開發(fā)了浙大著名的四足機器人“絕影”。日前，他接受了 DeepTech 的專訪。

　　在交流中，朱秋國多次對波士頓動力的實力表示贊賞，也承認中國機器人團隊在這方面還處于追趕狀態(tài)，不過中國的優(yōu)勢在于市場更大，中國企業(yè)也對新興產(chǎn)品有更高的接受度，這讓中國的 “波士頓動力” 們在商用落地上并不落后，甚至能借助更加開放的中國市場，在應用方面實現(xiàn)趕超。

圖朱秋國

　　一、“被波士頓動力虐的太慘了！”

　　幾年前，朱秋國剛開始進入腿足機器人研究領(lǐng)域時，發(fā)現(xiàn)被波士頓動力“虐得太慘”：“看到他們發(fā)布新的進展，我會覺得挑戰(zhàn)很大。”

　　波士頓動力時不常的高調(diào)炫技，使其成為國際上很多機器人團隊樹立的追趕目標，其中就包括朱秋國所在團隊。

　　朱秋國希望也能造出靈巧快速移動、具備高動態(tài)平衡能力的機器人。

　　經(jīng)過數(shù)年的開發(fā)，2019 年 11 月 1 日，四足機器人 “絕影” 最新迭代版本發(fā)布，在運動性能和感知能力方面得到了進一步提升，特別是在復雜地形上的奔跑步態(tài)和跳躍步態(tài)的實現(xiàn)，在四足機器人的控制算法上再次取得突破。

　　如今的 “絕影” 身長 85 厘米，站立時身高 65 厘米，體重約 40 千克，外形更加靈敏、圓潤。憑借仿生腿部設(shè)計以及更加強大的關(guān)節(jié)驅(qū)動能力，新 “絕影” 可以躍過約 40 厘米的障礙物，原地起跳高度 70 厘米，立定跳遠距離可達 1.5 米。

　　“絕影”可以后腿發(fā)力、前腿前撲，以重心上下起伏的姿態(tài)奔跑，并平穩(wěn)地跑過布滿大塊磚石的路面。同時，新 “絕影” 具備足夠的感知能力，可以順利地找到自己的“狗窩”——充電樁，趴上去為自己充電。

　　朱秋國表示，此次升級將機器人的尺寸、重量調(diào)整到了更加合理的范圍。“我們想開發(fā)一個面向行業(yè)應用的、且更加輕盈的機器人，而此前的版本更多是考慮機器人的負重能力，因此在重量上略顯笨重。”

　　在用途上，“絕影”不會像波士頓動力早期的大狗一樣，具備上百公斤的負重能力。新 “絕影” 的負重能力在 10-20 公斤左右。只需要搭載一些輕量的傳感器，即可滿足巡檢等實際場景的應用需求。

　　雖然同樣都是四足機器人，但朱秋國團隊開發(fā) “絕影” 的思路和波士頓動力有著明顯的區(qū)別。

　　早期波士頓動力的四足機器人大狗采用的是液壓驅(qū)動，而 “絕影” 則一直采用的都是全電機驅(qū)動。這與機器人的負載和運動能力有著直接的關(guān)系。

　　追求液壓驅(qū)動的關(guān)鍵原因就在于其力量很大。在尺寸相當?shù)那闆r下，選擇液壓驅(qū)動的機器狗相比全電機驅(qū)動的機器狗，在負重能力上具有明顯優(yōu)勢。

　　不過，對液壓驅(qū)動的機器人來說，每一個液壓泵都需要配備一個大功率的發(fā)動機或電機，這意味著在提升液壓泵壓力時，會帶來噪音問題。“從波士頓早期視頻來看，帶了一個發(fā)動機的機器人，大老遠都能聽到響聲，這在軍用領(lǐng)域是非常致命的。”波士頓動力的大狗機器人也正因此被美國軍方冷落，有業(yè)界專家告訴 DeepTech，除了噪音，液壓驅(qū)動還存在漏油以及維護不便等問題。

　　波士頓動力為了處理這些問題也花了不少力氣，同時其強大的研發(fā)、工程制造能力也在其中得到體現(xiàn)。

　　從此前放出的演示視頻來看，波士頓動力將液壓驅(qū)動所必須的油管以 3D 打印的方式融入在機器人的腿部結(jié)構(gòu)內(nèi)。相關(guān)專家解讀稱，“這個技術(shù)非常厲害，就像人的血管一樣，它不再需要外掛的油管，而是能夠融到機器人體內(nèi)，同時將整個結(jié)構(gòu)做的非常緊湊。”

　　“除了波士頓動力，能做好液壓機器人的團隊，在全球范圍內(nèi)都非常有限。”朱秋國強調(diào)，波士頓動力有著強大的研究和制造能力，這需要一個龐大的工程團隊來支撐。

　　縱觀國內(nèi)機器人研究，朱秋國認為國內(nèi)對液壓機器人的研究，與波士頓動力相比差距仍然較大。而開發(fā)電機驅(qū)動的機器人是一個更好的選擇。

　　這也剛好符合了全球運動機器人領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。如今全球范圍內(nèi)多數(shù)腿足機器人都選擇了電機驅(qū)動的方式，這對中國機器人研究來說是一個機會。

　　在機器人上采用電機驅(qū)動，相對來說是一個更加成熟的技術(shù)，“絕影身上采用的電機與波士頓動力開發(fā)的電機相比，盡管在性能上會存在差距，但這種差異不會是機器人運動能力的決定性因素。”朱秋國說道。

　　此外，電機控制的實現(xiàn)難度也相對較低。

　　因此，單從硬件角度看，電機本身并不是決定各機器人表現(xiàn)的最關(guān)鍵要素，而是要把機器人機構(gòu)、驅(qū)動關(guān)節(jié)、以及控制算法等有機地融合，才能在整體上具有更加優(yōu)異的運動表現(xiàn)。

　　二、軟硬件配合是關(guān)鍵

　　已經(jīng)獲得成熟應用的工業(yè)機器人，比如機器手，能夠進行非常精準的動作。在諸多行業(yè)的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，機器手可以進行自動化程度極高的生產(chǎn)工作，在效率和精準性上已經(jīng)優(yōu)于人類。

　　與各種運動機器人相比，四足機器人憑借其在行走過程中的離散接觸特性，在復雜環(huán)境中的探索和工作，具有更強的適應性，尤其在有障礙物的通道（如臺階、樓梯、斜坡）上具有更廣闊的發(fā)展前景。

　　不過，由于要在各種各樣的地形上進行穩(wěn)定行走，腿足機器人除了要實現(xiàn)精準的控制，動作卻不能像工業(yè)機器人那樣“硬”。

　　為此，腿足機器人腿部的執(zhí)行關(guān)節(jié)部分要采用柔性驅(qū)動的方式，降低機器人足部著地過程的沖擊力，同時又可以完成既定任務(wù)，提高機器人的適應性。

　　麻省理工學院的學者最先將串聯(lián)彈性驅(qū)動器（Series Elastic Actuator，SEA）應用到步行機器人的驅(qū)動關(guān)節(jié)中。SEA 將彈性元件串聯(lián)在剛性驅(qū)動器與負載之間，從而實現(xiàn)精確的力度控制。如今，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院機器人系統(tǒng)實驗室開發(fā)的四足機器人 ANYmal 正采用了這一方案。

　　而從波士頓動力公布的專利來看，Spot mini 采用的是電機 + 諧波減速器，以及力傳感器的方式來實現(xiàn)柔性控制。

　　與以上兩種方案都不同，朱秋國團隊選擇了一種準直驅(qū)的方式來帶動機器人腿部運動。

圖｜Spot 機器人（來源：波士頓動力）

　　這三種驅(qū)動方式都能在控制層面輸出一定的柔性，最終都要做到關(guān)節(jié)不僅僅可以精確地進行位置控制，同時還要對力度進行控制。這是腿足機器人與傳統(tǒng)工業(yè)機械手臂的最大差別。

　　這種柔性是腿足機器人在復雜地形下保持穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。機器人在行走時的靈活性和穩(wěn)定性與此息息相關(guān)。

　　對腿足機器人開發(fā)工作而言，這是硬件設(shè)計層面的要點之一，也是判斷機器人是否具備柔性控制的基本條件。

　　三種硬件設(shè)計方案都是為了解決同一個柔性問題，而設(shè)計的不同則會帶來機器人能力上的差異。

　　從目前國內(nèi)外公開的數(shù)據(jù)來看，比如在速度方面，波士頓動力 spot mini 的最大運動速度為 5.76 公里 / 小時；新 “絕影” 最高速度能夠超過 7 公里 / 小時；蘇黎世聯(lián)邦理工學院的機器人則為 3.6 公里 / 小時。

　　這也體現(xiàn)出 “絕影” 對機器人快速運動的追求。

　　但不足之處在于，“絕影”的腿部關(guān)節(jié)顯得更大。波士頓動力的 spot mini 的設(shè)計方式?jīng)Q定了關(guān)節(jié)比較輕巧，其對緊湊性的追求讓它在美觀性上有更好的表現(xiàn)。不過朱秋國也指出，由于需要在關(guān)節(jié)內(nèi)增加力傳感器，這會帶來可靠性和穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。

　　硬件層面的設(shè)計就是為了更好地被控制，而控制的目的就是讓硬件能展現(xiàn)出更好的靈活性，兩者之間是相輔相成的。因此，軟硬件的配合才至關(guān)重要。

　　朱秋國表示，在以前的機器人研究中，軟硬件之間的關(guān)系常被忽視。“有時候做軟件的人和做機械的是兩撥人。”但要造出一臺好的機器人，軟硬件需要進行很好的結(jié)合。

　　“在腿足機器人領(lǐng)域，除了硬件水平需要不斷提高外，控制算法會是一個更加優(yōu)先需要考慮的因素。”

　　因此，在腿足機器人的開發(fā)中，需要從一開始就考慮軟硬件的配合問題。據(jù)朱秋國介紹，團隊成立機器人公司云深處之初，就配備了機械工程師、控制算法工程師以及負責系統(tǒng)控制的工程師。資料顯示，云深處科技創(chuàng)立于 2017 年底，并于 2018 年 7 月完成天使輪融資。

　　朱秋國表示，只有先確定控制算法、明確了控制方式之后，才能通過機械設(shè)計，完成所需的機器人平臺。最終，機器人開發(fā)才能朝著一個良性的方向發(fā)展。

　　三、中國機器人市場優(yōu)勢

　　“在中國，四足機器人市場在未來一兩年就會有非常明顯的進展。”

　　朱秋國認為，在技術(shù)層面，中國團隊和國外有著多年積累的團隊還有一定差距，需要繼續(xù)追趕；但在應用層面，國內(nèi)卻不見得比國外慢。

　　目前，波士頓動力已經(jīng)開始探索四足機器人的商用場景。

　　2019 年 9 月，波士頓動力宣布 Spot mini 已開始銷售。這意味著這臺明星機器人已經(jīng)走出實驗室，開啟了商用化的探索。同時這也是波士頓動力構(gòu)建其平臺和生態(tài)的開始。

　　波士頓動力當時稱這種銷售為“早期采用者計劃”，主要針對企業(yè)用戶。其公司不會透露具體的價格細節(jié)，只是稱，潛在客戶如與他們聯(lián)系，可獲取報價，并且會有租賃的選擇。

　　“我們正在做的是 Spot 的產(chǎn)品化，” 波士頓動力公司首席執(zhí)行官 Marc Raibert 表示，“對于我們來說，從在實驗室工作的機器人到可以在現(xiàn)場進行測試的機器人，這確實是一個里程碑。”

　　作為一個剛面市不久，未在市場里證明自己商業(yè)實力的四足機器人產(chǎn)品，波士頓動力宣布開售機器狗的消息受到廣泛的關(guān)注。

　　在太平洋的另一岸，朱秋國團隊也開始了產(chǎn)業(yè)化探索，稱 “絕影 mini” 版本已經(jīng)開始對外銷售，主要面向教育教學方向，為其他機器人研發(fā)團隊提供硬件產(chǎn)品，讓他們在機器人上進行算法開發(fā)工作。

　　對于 “絕影” 機器人，朱秋國表示也已經(jīng)與國內(nèi)公司開展合作，目前主要是將 “絕影” 應用于巡檢行業(yè)中。

　　現(xiàn)階段，巡檢領(lǐng)域已經(jīng)在部分場景下采用了輪式機器人，在一定范圍內(nèi)代替人進行日常設(shè)施檢查。由于巡檢范圍可能包括了山區(qū)、郊外等，輪式機器人無法覆蓋復雜的地形條件，對臺階、碎石等路面情況也束手無策。

　　“腿足機器人在短距離內(nèi)從事巡檢工作一定是未來趨勢。” 朱秋國說得頗有自信。“當我們的機器人能力不斷進步，人們的對四足機器人的認識不斷增強的時候，人們終會發(fā)現(xiàn)一臺腿足機器人完全可以代替輪式機器人，巡檢的范圍也能拓展到更大范圍。”

　　朱秋國表示，腿足機器人會在應用過程中不斷迭代、優(yōu)化，保障其使用的穩(wěn)定性和可靠性僅僅只是時間問題。

　　在那之后，腿足機器人將展現(xiàn)出輪式機器人無法比擬的優(yōu)勢。比如在散布碎石、坑洼的地面，腿足機器人能夠更好跨越，同時能夠?qū)崿F(xiàn)上下樓梯。總的來說，跨越復雜地形、上下樓梯會成為腿足機器人對比輪式機器人的最大優(yōu)勢。

　　于此同時，腿足機器人在硬件成本上比輪式機器人多出來的部分僅在于執(zhí)行關(guān)節(jié)，目前執(zhí)行關(guān)節(jié)作為機器人的關(guān)鍵部件在造價上有很好的成本控制方案，尤其是在實現(xiàn)量產(chǎn)后，售價可以做到與輪式相當?shù)乃剑瑤缀蹩梢詫r格劣勢抹平。

　　“可以預測，四足機器人市場在未來 1、2 年就會有非常明顯的進展。在 2020 年市場上就能看到腿足機器人投入實際應用，到 2021 年，大家將更愿意接受腿足機器人這樣的新生的事物。”朱秋國最后說道。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的“曾经被波士顿动力虐得太惨了”：浙大机器狗“绝影”逆袭的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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