金磊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
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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