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“新深圳人”Walker的青春修炼手册

作者:王金旺
2020/10/17 20:10

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

2020年,深圳经济特区建立40周年,迎来高光时刻。

在“逐梦·先行——庆祝深圳经济特区建立40周年文艺晚会”上,一款大型仿人服务机器人给不少观众留下了深刻印象。

事实上,出现在晚会上的不只一台人形机器人,雷锋网(公众号:雷锋网)注意到,最多的时候,舞台上同时出现了六台人形机器人和舞蹈演员同台表演,场面颇为震撼。

这款机器人出自何处?

其实,登上这次具有时代意义的庆典晚会舞台的人形机器人,也是一位土生土长的“新深圳人”。

优等生Walker的国际名片

2019年1月,美国CES展上出现了一位身高1.45米的“网红”机器人,能够端茶倒水、直立行走,甚至还能开冰箱门为观众递饮料和薯片。

这款“网红”机器人正是优必选科技研发的大型仿人服务机器人Walker。

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

Walker在CES上为观众递薯片

在大型仿人服务机器人中,Walker是一名实实在在的优等生。据悉,Walker拥有36个高性能伺服关节,具有力觉、视觉、听觉、空间感知系统及能力。

以为观众递薯片这一动作为例:

Walker将七自由度机械双臂与自身视觉感知、力感知相配合,从餐桌上拿起薯片;

通过U-SLAM视觉导航技术,可以获得外界环境中更加丰富的诸如特征、颜色、深度等信息,无需在环境中使用标记物等帮助Walker进行定位;

在走向观众过程中,当受到外部冲击扰动或惯性扰动时,Walker还可以通过腿部的柔顺控制调整自己的身体姿态,从而保持自身平衡,甚至在外部扰动过大时, Walker还可以通过调整步态和控制算法来获得平衡;

而人脸识别、语音交互等多模态交互能力,让Walker可以在“投食”后附送上一个微笑、一句问候。

实际上,优必选科技早在2015年就已经在内部立项研发Walker,经过多次版本迭代后,最终,新一代Walker在2019年一经面世,就在国际舞台上颇受关注。随后甚至还成为中国人形机器人技术实力的代表,与美国波士顿动力的Atlas、Agility Robotics的Cassie、日本丰田的T-HR3、本田的E2-DR一同被美国知名机器人行业媒体《The Robot Report》评选为全球值得关注的5大人形机器人。

这样一款能力出众的机器人,在登上深圳特区40周年庆典活动之前,进行了又一次的专业“练兵”。

Walker练兵

台上一分钟,台下十年功。

常人如此,现阶段的大型人形机器人更是如此。

6月,接到深圳40周年文艺晚会导演组的邀请后,优必选科技迅速抽调了30余人组成了一个项目团队,以保障Walker在这台全国人民都在关注的晚会上能够作为科技元素献礼深圳特区建立40周年。

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

优必选科技项目团队

众所周知,当下大型人形机器人尚处于科研阶段,在各方面还面临着众多技术挑战,即使Walker已经能够自由行走,但是舞台上复杂的灯光、道路、快速移动的演员,让演出环境变得非常复杂,更不用说还需要在这样环境中与舞蹈演员配合完成规定动作。

这些工作,正是Walker这个由运动控制、导航、视觉、结构、电子、ID、交互等不同领域的工作人员组成的30余人的团队在演出前短短几个月时间里要解决的问题。

该项目团队组建完成后,摆在他们面前第一个问题就是舞台复杂光影环境下机器人精准定位问题。

晚会现场为深圳大剧院,不同于其他舞台,本次晚会选用的舞台纵深长达50米,舞台现场设有在播放动态影片的千余平米LED大屏,还有数十组来展现光影效果的强光灯效,这样的光影环境成为传统的基于稳定光照环境研发的机器人,在视觉定位技术上面临的一大难题。

更具有挑战性的是,在机器人撤离现场时,舞台灯将全部处于熄灭状态,这就要求机器人在几近黑暗的环境中走下舞台。

作为深耕机器人领域多年的优等生,优必选科技研究院本身具有视觉定位的技术储备——通过Walker自身配备的摄像头识别周围环境的特征,建立环境地图,从而推断出自身的精确位置。

然而,这样特殊的环境,使得Walker原有的定位技术将很难实现特殊的舞台需求。

面对这样的困局,几经调研后,技术团队发现,舞台灯光中的红外波段光源非常微弱,因而红外相机有很好的抗灯光干扰能力,循此思路,团队在Walker原有的视觉方案中加入了红外相机方案。

为了更精准地在舞台上实现定位,他们还采用了一种在外部强光或者黑暗环境中都能被红外相机精准识别的多个特殊标志物辅助定位。

最终你会发现,当Walker出现在晚会舞台上时,已经可以完全不受舞台灯光干扰顺利走到自己的办公桌前,为社区小朋友倒上一杯饮料。

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

Walker在晚会上展示在社区服务中心提供服务

然而,这仅仅是第一步。

要想如晚会舞蹈节目中呈现的那样——让6台Walker融入一个有数十人参演的舞蹈节目中,甚至还要与舞蹈团队保持动作、队形一致,优必选科技还有很多工作要做。

首先,在大型舞台的复杂环境中,机器人之间,甚至人机之间的配合对机器人实时定位精度有很高的要求。

为此,优必选科技团队开发了通过脚印规划的导航技术,保证了机器人之间的相对距离及准确点位。考虑到这样一场大型晚会,可能会对演员或机器人的表演随时提出更改要求,优必选科技团队还开发了参数化路径规划技术,这一技术能够按照给定的路径点和时间戳自行生成步行参数,并具有快速适应新路径能力和应急备份能力。

除此以外,要想让机器人精准地按照舞蹈需求路径行走,在细节上,还需要解决机器人实时步态纠偏的问题。

由于机器人行走过程中存在关节误差、结构微小形变、提前或滞后着地、地面打滑等问题,采用开环方式进行路径规划,不可避免地会带来行走误差,造成机器人行走点位的不精准,难以保证机器人在大型舞台上的自主上下场及舞台演出效果。

优必选科技团队通过引入视觉的实时定位信息,对机器人当前步长、步宽和偏航角进行全方位调整,完成机器人全局位姿闭环,实现了规划路径准确跟踪,即便是狭窄通道,也能成功实现精准上下场。

在晚会的筹备过程中,优必选科技团队不仅要解决实际遇到的机器人在舞台上的行走、队形变化、多机多任务调度、故障检测自修复等技术问题,为了更好的舞台呈现效果,他们还为Walker设计了一套包含点头、挥手、挺胸、撸袖子、踮脚等拟人动作、新表情和新形象。

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

Walker亮相“逐梦•先行——庆祝深圳经济特区建立40周年文艺晚会”

当Walker最终出现在晚会舞台上时,你会发现,这位深圳人已经完全融入了节目角色中,成为这场晚会备受关注的一个亮点。

晚会导演组对于优必选科技项目团队及Walker在舞台上的表现给予了高度评价,晚会执行导演曹瑜表示,通过此次晚会感受到了科技的温度。印象中的程序员,可能是冷冰冰的,但是相处下来,他们也慢慢参与到创造中。“机器人的手要举到多少度,嘴型如何、眼神是怎样的,他们都会仔细研究。这不仅仅是写程序,更是创作。所以这些机器人,也被赋予了这些高科技人才的情感,赋予了科技温度,也这是深圳的温度。”

技术反哺下的智能机器人王国

在舞台上经常亮相的Walker,已经走出了大型仿人服务机器人艰难的一小步,这样的一小步虽然还不足以让大型仿人服务机器人大批量进入商用领域,但研发过程积累的核心技术,已经开始反哺整个智能机器人产业,让越来越多的智能机器人发挥更大的价值。

目前来看,优必选科技已经在高性能伺服驱动器及控制算法、ROSA机器人操作系统应用框架、运动控制算法、计算机视觉、自主导航定位算法、语音等六大人工智能和机器人关键技术领域有了自己的技术优势,这些技术也帮助优必选科技将行业解决方案落地到了包括人工智能教育、公共卫生防疫、安防巡逻等诸多领域,构建起一个服务人类社会的智能机器人王国。

尤其在今年疫情爆发后,优必选科技响应科技抗疫号召,在不到20天时间里研发出了三款防疫机器人及智慧防疫解决方案,率先在深圳新冠肺炎唯一定点收治医院第三人民医院上岗,提供室内体温监测与消杀、室外疫情管控与消杀、宣传与导诊三个场景的疫情防控服务。

“新深圳人”Walker的青春修炼手册

优必选机器人在深圳三院助力防疫工作

随后,优必选机器人陆续在武汉、北京、成都、广州、重庆、昆明、香港等地的医院、学校、园区、写字楼、展览馆等上岗,助力生产、生活的恢复。在国内疫情趋缓的同时,优必选机器人还驰援韩国、日本、比利时、尼日利亚等国家防控疫情,咨询测温机器人Cruzr(克鲁泽)通过了联合国发展计划署的严选,被派往卢旺达的医院、机场防控疫情,将中国先进的人工智能服务带给全球消费者。

凭借在深圳的落地经验,优必选科技从深圳到全国,再走向全球,积极打造人工智能机器人先行示范应用。

就大型仿人服务机器人而言,Walker目前已经面向高校、科研机构、科技馆、展览馆等相关方展开合作和应用,而此次优必选科技团队为保障Walker登台演出实现的技术突破,未来也将进一步反哺其在不同领域的商业化落地应用。

Walker还需要多久才能走入家庭,成为人类的生活管家?

可能要再等五年,也可能要再等十年……

但正如优必选科技创始人、董事长兼CEO周剑所说:

想要未来,就不要怕做“白日梦”。永远都不要拒绝那些看似荒诞不经的“奇思妙想”,而是要去验证它、实践它。

未来,从深圳走向全球的Walker也将继续以先行示范者的身份,展示中国大型仿人服务机器人的技术实力,实现“让智能机器人走进千家万户”的使命。

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