哈工大黄一造第二代双足机器人AlexBotmini 傅利叶赞助高性能电机

去年机器人大讲堂报道了哈尔滨工业大学未来技术学院学生黄一，2万元打造的开源双足人形机器人AlexBot，目前该项目又有最新的研究进展。

AlexBotmini下半身设计

知乎相关信息显示，黄一正在打造第二代双足机器人平台AlexBotmini，依然会延续低成本研发方式，目前公布的CNC与其他硬件成本来看，整机价格仅15000元。

第二代双足机器人平台AlexBotmini

Alexbot_mini是一款全开源的双足机器人（包含机械，硬件，控制，算法），重点在于研究步态算法以及轻松部署步态降低RealityGap而设计的。

AlexBotmini上半身设计

整机Alexbotmini下半身长度700mm，上半身长度500mm，整体符合人体比例设计。目前该项目得到了FFTAI傅利叶智能科技有限公司的赞助。

▍三款傅利叶关节电机 Alexbotmini本体硬件解密

AlexBotmini的双腿包含了12个自由度，全长700mm，预计重量低于30kg，与人体结构比例相当。在电机选型上，项目团队选用了FFTAI一体化关节模组，具体型号为FSA80-29E、FSA60-43E和FSA45-30E。

傅利叶三款关节电机结构分布图

其中，FSA80-29E和FSA60-43E均采用了双级行星减速器，进一步提升了扭矩性能。

FSA80-29E的额定扭矩为32NM，峰值扭矩高达96NM，额定转速为100RPM；而FSA60-43E的额定扭矩为17NM，峰值扭矩为51NM，额定转速为59RPM。

对于小腿部分，为了优化惯量设计，选用了FSA45-30E电机，并采用了双电机朝向后方、通过板簧连接至脚底结构的并联设计方案。

双足踝关节并联设计

在机械结构设计上，AlexBotmini考虑到人体的生物学结构和生物力学知识。正常行走时，髋关节的动作平衡且有节奏，耗能最低。双髋轮流负重，重心左右来回移动约4.0～4.5cm。根据研究，髋关节在步态周期过程中会有两个受力波峰，分别在足后跟着地及趾尖离地时。因此，在电机选型和结构设计上，项目团队对胯部和膝关节部分进行了特别加强，以确保机器人在行走过程中的稳定性和耐久性。

在硬件架构设计方面，AlexBotmini采用了分层设计思路。整体硬件分为信号层和功率层两部分：

信号层：主要包含上位机用于推理神经网络，并通过交换机进行数据交换，以实现一拖多的情况。电机采用固定IP地址，方便上位机进行统一管理和控制。

功率层：实现了硬件隔离，有效防止电机电流过大反冲烧坏上位机。同时，电机采用48V供电，上位机采用20V供电（理论上Orinnx适用19V供电，但实际测试中20V也适用），交换机则采用5-60V宽幅输入。

在电机控制方面，AlexBotmini采用了Ethernet协议进行通信。这种协议具有低延时、多电机级联、冗余管理链路等优点，无需下位机即可实现高效稳定的控制。同时，以太网还支持更大的数据负载、多关节机器人的通信拓扑、网络通信编程的简便性、OTA升级以及基于JSON的通信协议等功能，方便机器人的开发和调试。

▍步态设计基于Humanoid-Gym框架开发

为了实现稳定且高效的步态规划，项目团队采用了Humanoid-Gym框架进行开发,该框架基于 Nvidia Isaac Gym 的易于使用的强化学习 (RL) 框架，旨在训练人形机器人的运动技能，强调从模拟到现实环境的零样本迁移。

Humanoid-Gym将Isaac Gym的Sim-to-Sim框架集成到Mujoco，使用户可以在不同的物理模拟中验证训练后的策略，以确保策略的稳健性和泛化性。

Sim-to-Sim迁移

对于模型参数文件（.pt）的迁移，模型的“现实差距”（Reality gap）是一个极为重要的因素。通过在不同仿真软件之间进行迁移，可以起到验证模型并减小这一差距的作用。

其中，Isaac Gym所使用的PhysX引擎支持并行运算，非常适合用于模型训练。随后，在将模型从Isaac Gym迁移到MuJoCo的过程中，研究团队发现MuJoCo与实际环境的差距相对较小。

▍结语与未来：

截至目前，AlexBotmini硬件层已经调通，上半身设计和制作也已经完成。整机售价尚未公布，但根据项目团队的初步估算，CNC全套成本约为1万元左右，配套硬件成本约为5000元左右。预计将于近期完成项目行走等关键功能的测试和验证工作。