（文章來源：DeepTech深科技）

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。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。

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。憑借仿生腿部設計以及更加強大的關節(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?！敖^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。

追求液壓驅(qū)動的關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?！皬牟ㄊ款D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，這在軍用領域是非常致命的?！辈ㄊ款D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?！?/p>

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)的最關鍵要素，而是要把機器人機構(gòu)、驅(qū)動關節(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)。

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，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。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。

對腿足機器人開發(fā)工作而言，這是硬件設計層面的要點之一，也是判斷機器人是否具備柔性控制的基本條件。三種硬件設計方案都是為了解決同一個柔性問題，而設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。

但不足之處在于，“絕影”的腿部關節(jié)顯得更大。波士頓動力的 spot mini 的設計方式?jīng)Q定了關節(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重要。

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。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。

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。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?？偟膩碚f，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)行關節(jié)，目前執(zhí)行關節(jié)作為機器人的關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。
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