“机器人孙子”和“哥哥们”是怎样炼成的？揭秘登上春晚小品机器人的背后技术

来源：环球时报-环球网

【环球时报-环球网报道 记者 陈子帅】16日晚，北京松延动力科技集团股份有限公司研发的多款机器人在央视春节联欢晚会上的小品《奶奶的最爱》中亮相，包括与演员蔡明容貌神态相似的仿生人形机器人，以及可爱的“机器人孙子”小布米和它的“哥哥们”。《环球时报》记者从松延动力了解到，机器人团队在30天完成了仿生人头1:1复刻，而“小布米”则是跟一群儿童“学”起了舞蹈，并且学会了21种舞蹈。

机器人的训练场景，图片由松延动力提供

据松延动力相关负责人介绍，仅仅三十天的时间，团队就初步完成了仿生人形机器人的1:1复刻。“确定项目开始的那天下午，摆在眼前的首个难点，是头部比例的调整，为了保证上镜效果，需较原有仿生人头方案整体缩小 30%，所有结构件、机械件与电子件都要重新开展精细化设计与空间排布。”

另一重挑战，则聚焦在唇形的精准还原上，让机器人的口型能和每一句台词精准匹配，就需要唇部这一狭小的空间内放入足够多的驱动电机，嘴部自由度如果配置不足，将会产生唇形僵硬的问题。而在紧密空间内部如何合理排列如此多的结构件，又是一项很大的技术难题。对此松延动力凭借唇部12个自由度的配合以及自研表情驱动算法完成了高难度的动作还原。

在一次次调试与试错中，团队发现，仿生人形机器人单做到足够像远远不够，要是动不起来，或是可活动的部位太少，整体依旧会显得僵硬。后续的调试中，团队先加了只有一个自由度的脖子，试过发现效果还是不像；在把脖子的自由度加到3个后，那种违和感瞬间减轻了。再给它配上手臂、躯体，让全身都能做静态的微动，连头部和身体的自然起伏都兼顾到，赋予机器人自然的呼吸感。躯干、手臂和头部的动作形成配合后，“恐怖谷”效应就大大降低了，有了真正的生命感。

除了仿生人形机器人，此次登上春晚的，还有松延动力的“小顽童N2”、新一代双足人形机器人“E1”以及首次公开亮相的消费级人形机器人“小布米”。

“将各种不同的产品送入语言类节目，配合演员完成舞台调度，对机器人运控能力提出了更高的要求。”松延动力算法负责人介绍说，不同于在相对空旷的表演场地进行歌舞类演出，为了保证镜头播出效果，小品的取景范围比较小。“第一次走进春晚舞台彩排时，团队发现留给4台机器人活动的范围大概只有12平方米左右，这就意味着机器人需要在小空间内完成空翻、侧手翻等动作。”

“语言类节目的走位调度极为严格，机器人每完成一次动作都要十分精准地落在固定的点位上，不能有一点震动导致机器位移，否则会影响演员的走位，这对机器人自身运动控制的精度要求非常高。”松延动力算法负责人说。

为了达到“春晚级”的运控精度，团队优化了原本的空翻策略。首先是在运动控制算法上，提出了300个以上的策略，来不断优化机器人动作控制的精度。随后在结构设计上团队也进行了调整，因为机器人的受力多在脚踝和大腿，团队将机器人的重心上移，形成了类似“球形”的，中心重，四肢轻的结构，最终让机器人实现了轻盈的高难度动作。

“一次成功算不上成功，一百次空翻一百次平稳落地才算得上成功。”松延动力相关负责人说。

“小布米”身高94 厘米、体重约为17公斤。据介绍，人形机器人“小布米”经历了更多的训练。作为节目中年龄最小的“机器人孙子”，“小布米”先后学会了民族舞、机械舞、街舞等21种舞蹈。“平均每一到两天就要训练出一种新的舞蹈。”团队中的一名算法技术员工说。为了让“小布米”的跑步姿势更贴近真人，团队在运控算法上反复迭代，摒弃了僵硬的直接摆臂起跑，而是让机器人在达到一定速度后再自然抬起双臂，这个看似简单的“起跑再抬臂”动作，实际上凝聚了项目组在结构和算法上一系列工程的训练。

过程中，团队还特意邀请了不同年龄段的儿童进行动作捕捉，再把捕捉到的动作重定向到小布米上完成强化学习训练。同时在结构和算法的层面，团队对其脚部的动作做了严格设计，保证脚部电机的扭矩不超过10nm，落地的接触力不超过100n，最终让这个小小的机器人在舞台上的每一次跳跃、跨步、大笑时的跺脚，都足够活泼灵动。

据了解，松延动力的创始人团队与核心研发团队均以95后为主力。相关负责人表示，“今天，机器人走上了春晚舞台；明天，它们将走进千家万户。”