「新深圳人」Walker的青春修鍊手冊

2020年,深圳經濟特區建立40周年,迎來高光時刻。

在「逐夢·先行——慶祝深圳經濟特區建立40周年文藝晚會」上,一款大型仿人服務機械人給不少觀眾留下了深刻印象。

事實上,出現在晚會上的不只一台人形機械人,雷鋒網注意到,最多的時候,舞台上同時出現了六台人形機械人和舞蹈演員同台表演,場面頗為震撼。

這款機械人出自何處?

其實,登上這次具有時代意義的慶典晚會舞台的人形機械人,也是一位土生土長的「新深圳人」。

優等生Walker的國際名片

2019年1月,美國CES展上出現了一位身高1.45米的「網紅」機械人,能夠端茶倒水、直立行走,甚至還能開冰箱門為觀眾遞飲料和薯片。

這款「網紅」機械人正是優必選科技研發的大型仿人服務機械人Walker。

Walker在CES上為觀眾遞薯片

在大型仿人服務機械人中,Walker是一名實實在在的優等生。據悉,Walker擁有36個高性能伺服關節,具有力覺、視覺、聽覺、空間感知系統及能力。

以為觀眾遞薯片這一動作為例:

Walker將七自由度機械雙臂與自身視覺感知、力感知相配合,從餐桌上拿起薯片;

通過U-SLAM視覺導航技術,可以獲得外界環境中更加豐富的諸如特徵、顏色、深度等信息,無需在環境中使用標記物等幫助Walker進行定位;

在走向觀眾過程中,當受到外部衝擊擾動或慣性擾動時,Walker還可以通過腿部的柔順控制調整自己的身體姿態,從而保持自身平衡,甚至在外部擾動過大時, Walker還可以通過調整步態和控制算法來獲得平衡;

而人臉識別、語音交互等多模態交互能力,讓Walker可以在「投食」后附送上一個微笑、一句問候。

實際上,優必選科技早在2015年就已經在內部立項研發Walker,經過多次版本迭代后,最終,新一代Walker在2019年一經面世,就在國際舞台上頗受關注。隨後甚至還成為中國人形機械人技術實力的代表,與美國波士頓動力的Atlas、Agility Robotics的Cassie、日本豐田的T-HR3、本田的E2-DR一同被美國知名機械人行業媒體《The Robot Report》評選為全球值得關注的5大人形機械人。

這樣一款能力出眾的機械人,在登上深圳特區40周年慶典活動之前,進行了又一次的專業「練兵」。

Walker練兵

台上一分鐘,台下十年功。

常人如此,現階段的大型人形機械人更是如此。

6月,接到深圳40周年文藝晚會導演組的邀請后,優必選科技迅速抽調了30餘人組成了一個項目團隊,以保障Walker在這台全國人民都在關注的晚會上能夠作為科技元素獻禮深圳特區建立40周年。

優必選科技項目團隊

眾所周知,當下大型人形機械人尚處於科研階段,在各方面還面臨著眾多技術挑戰,即使Walker已經能夠自由行走,但是舞台上複雜的燈光、道路、快速移動的演員,讓演出環境變得非常複雜,更不用說還需要在這樣環境中與舞蹈演員配合完成規定動作。

這些工作,正是Walker這個由運動控制、導航、視覺、結構、電子、ID、交互等不同領域的工作人員組成的30餘人的團隊在演出前短短几個月時間裡要解決的問題。

該項目團隊組建完成後,擺在他們面前第一個問題就是舞台複雜光影環境下機械人精準定位問題。

晚會現場為深圳大劇院,不同於其他舞台,本次晚會選用的舞台縱深長達50米,舞台現場設有在播放動態影片的千餘平米LED大屏,還有數十組來展現光影效果的強光燈效,這樣的光影環境成為傳統的基於穩定光照環境研發的機械人,在視覺定位技術上面臨的一大難題。

更具有挑戰性的是,在機械人撤離現場時,舞檯燈將全部處於熄滅狀態,這就要求機械人在幾近黑暗的環境中走下舞台。

作為深耕機械人領域多年的優等生,優必選科技研究院本身具有視覺定位的技術儲備——通過Walker自身配備的攝像頭識別周圍環境的特徵,建立環境地圖,從而推斷出自身的精確位置。

然而,這樣特殊的環境,使得Walker原有的定位技術將很難實現特殊的舞台需求。

面對這樣的困局,幾經調研后,技術團隊發現,舞檯燈光中的紅外波段光源非常微弱,因而紅外相機有很好的抗燈光干擾能力,循此思路,團隊在Walker原有的視覺方案中加入了紅外相機方案。

為了更精準地在舞台上實現定位,他們還採用了一種在外部強光或者黑暗環境中都能被紅外相機精準識別的多個特殊標誌物輔助定位。

最終你會發現,當Walker出現在晚會舞台上時,已經可以完全不受舞檯燈光干擾順利走到自己的辦公桌前,為社區小朋友倒上一杯飲料。

Walker在晚會上展示在社區服務中心提供服務

然而,這僅僅是第一步。

要想如晚會舞蹈節目中呈現的那樣——讓6台Walker融入一個有數十人蔘演的舞蹈節目中,甚至還要與舞蹈團隊保持動作、隊形一致,優必選科技還有很多工作要做。

首先,在大型舞台的複雜環境中,機械人之間,甚至人機之間的配合對機械人實時定位精度有很高的要求。

為此,優必選科技團隊開發了通過腳印規劃的導航技術,保證了機械人之間的相對距離及準確點位。考慮到這樣一場大型晚會,可能會對演員或機械人的表演隨時提出更改要求,優必選科技團隊還開發了參數化路徑規劃技術,這一技術能夠按照給定的路徑點和時間戳自行生成步行參數,並具有快速適應新路徑能力和應急備份能力。

除此以外,要想讓機械人精準地按照舞蹈需求路徑行走,在細節上,還需要解決機械人實時步態糾偏的問題。

由於機械人行走過程中存在關節誤差、結構微小形變、提前或滯后着地、地面打滑等問題,採用開環方式進行路徑規劃,不可避免地會帶來行走誤差,造成機械人行走點位的不精準,難以保證機械人在大型舞台上的自主上下場及舞台演出效果。

優必選科技團隊通過引入視覺的實時定位信息,對機械人當前步長、步寬和偏航角進行全方位調整,完成機械人全局位姿閉環,實現了規劃路徑準確跟蹤,即便是狹窄通道,也能成功實現精準上下場。

在晚會的籌備過程中,優必選科技團隊不僅要解決實際遇到的機械人在舞台上的行走、隊形變化、多機多任務調度、故障檢測自修復等技術問題,為了更好的舞台呈現效果,他們還為Walker設計了一套包含點頭、揮手、挺胸、擼袖子、踮腳等擬人動作、新表情和新形象。

Walker亮相「逐夢•先行——慶祝深圳經濟特區建立40周年文藝晚會」

當Walker最終出現在晚會舞台上時,你會發現,這位深圳人已經完全融入了節目角色中,成為這場晚會備受關注的一個亮點。

晚會導演組對於優必選科技項目團隊及Walker在舞台上的表現給予了高度評價,晚會執行導演曹瑜表示,通過此次晚會感受到了科技的溫度。印象中的程序員,可能是冷冰冰的,但是相處下來,他們也慢慢參與到創造中。「機械人的手要舉到多少度,嘴型如何、眼神是怎樣的,他們都會仔細研究。這不僅僅是寫程序,更是創作。所以這些機械人,也被賦予了這些高科技人才的情感,賦予了科技溫度,也這是深圳的溫度。」

技術反哺下的智能機械人王國

在舞台上經常亮相的Walker,已經走出了大型仿人服務機械人艱難的一小步,這樣的一小步雖然還不足以讓大型仿人服務機械人大批量進入商用領域,但研發過程積累的核心技術,已經開始反哺整個智能機械人產業,讓越來越多的智能機械人發揮更大的價值。

目前來看,優必選科技已經在高性能伺服驅動器及控制算法、ROSA機械人操作系統應用框架、運動控制算法、計算機視覺、自主導航定位算法、語音等六大人工智能和機械人關鍵技術領域有了自己的技術優勢,這些技術也幫助優必選科技將行業解決方案落地到了包括人工智能教育、公共衛生防疫、安防巡邏等諸多領域,構建起一個服務人類社會的智能機械人王國。

尤其在今年疫情爆發后,優必選科技響應科技抗疫號召,在不到20天時間裡研發出了三款防疫機械人及智慧防疫解決方案,率先在深圳新冠肺炎唯一定點收治醫院第三人民醫院上崗,提供室內體溫監測與消殺、室外疫情管控與消殺、宣傳與導診三個場景的疫情防控服務。

優必選機械人在深圳三院助力防疫工作

隨後,優必選機械人陸續在武漢、北京、成都、廣州、重慶、昆明、香港等地的醫院、學校、園區、寫字樓、展覽館等上崗,助力生產、生活的恢復。在國內疫情趨緩的同時,優必選機械人還馳援韓國、日本、比利時、尼日利亞等國家防控疫情,諮詢測溫機械人Cruzr(克魯澤)通過了聯合國發展計劃署的嚴選,被派往盧旺達的醫院、機場防控疫情,將中國先進的人工智能服務帶給全球消費者。

憑藉在深圳的落地經驗,優必選科技從深圳到全國,再走向全球,積極打造人工智能機械人先行示範應用。

就大型仿人服務機械人而言,Walker目前已經面向高校、科研機構、科技館、展覽館等相關方展開合作和應用,而此次優必選科技團隊為保障Walker登台演出實現的技術突破,未來也將進一步反哺其在不同領域的商業化落地應用。

Walker還需要多久才能走入家庭,成為人類的生活管家?

可能要再等五年,也可能要再等十年……

但正如優必選科技創始人、董事長兼CEO周劍所說:

想要未來,就不要怕做「白日夢」。永遠都不要拒絕那些看似荒誕不經的「奇思妙想」,而是要去驗證它、實踐它。

未來,從深圳走向全球的Walker也將繼續以先行示範者的身份,展示中國大型仿人服務機械人的技術實力,實現「讓智能機械人走進千家萬戶」的使命。

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