智东西（公众号：zhidxcom）
文 | 轩窗
4K、5G、VR、AR、AI、机器人，今年的春晚汇聚了当前科技界最前沿、最火、最热的技术。刚刚，我们就在2019年春晚直播中活捉了一支机器人天团！
智东西发现，这支机器人天团正是来自深圳的人工智能和服务机器人领域的独角兽企业优必选。而此次登上春晚舞台的并不是普通的机器人，而是上个月刚刚在CES 2019上让全球科技界震惊的大型仿人服务机器人Walker新一代。要知道大型仿人机器人是目前世界范围内最前沿的技术之一，在世界范围内能做出大型仿人机器人的企业并不多，美国和日本在此领域一直遥遥领先，知名的大型仿人机器人有本田的ASIMO和波士顿动力的Atlas。
此次已是优必选第三次登上春晚的舞台了。早在2016年，优必选的540台Alpha机器人就曾为歌手孙楠伴舞。当时这些跳舞的Alpha机器人不仅成为当年最火的“网红”，还在当时创下了吉尼斯世界纪录。2018年春晚，优必选再度牵手春晚，为春晚定制了24台机器狗Jimu汪汪，在开场舞中“卖萌耍宝”，拉开2018年春晚喜气祥和的帷幕。
如果说优必选前两次登上春晚是向全国人民普及了消费级机器人的概念，那么这一次优必选大型仿人服务机器人Walker新一代在春晚上亮相，则不仅是让全国人民，更是让全世界知道了中国企业在人工智能和机器人等高新技术领域的飞速发展和强悍实力。
在登上春晚舞台前，智东西与优必选春晚项目相关负责人进行深入交流，了解到了Walker新一代在登上春晚舞台背后，既艰辛又颇有趣味的故事。
一、优必选三登春晚，仿人机器人惊艳猪年春晚
今年的春晚分别在江西井冈山、吉林长春一汽和广东深圳设立了三个分会场，分别表现站起来、富起来和强起来三大主题。其中，深圳素来被誉为中国的科技之都、创新之城，当之无愧是科技强国主题最佳的表现者。
在深圳分会场的第一个节目《青春畅想》中，6台人形机器人踏着韩雪、关晓彤等演唱者的歌声，动感十足地跳起了集体舞。有趣的是，它们的表情还会跟随歌曲的节奏进行变化，在跳舞的过程中还玩起了舞台走位，从两排变换成了三角阵型。
Walker新一代在CES 2019上首次亮相时就收获了全球目光，更是凭借卓越的性能表现、互动方式和创新形式入围了CES 2019展会官方大奖the Best of CES 2019（2019年国际消费类电子产品展览会最佳产品奖）名单。此外，Walker新一代被tom’s HARDWARD 评选为“CES 2019 Best Robot（CES 2019最佳机器人）”。
这6台机器人正是深圳本土企业，国内人工智能和服务机器人领域的头部创业公司优必选，潜心三年研究，刚刚在CES 2019上展示的大型仿人服务机器人Walker新一代。在CES 2019的现场，智东西还曾深度对话优必选CTO熊友军，揭秘Walker研发背后的故事（中国仿人机器人惊艳CES！解秘优必选新Walker，独家对话CTO熊友军）。
▲优必选Walker进化史
优必选将Walker系列定位为大型仿人服务机器人，2015年经历了深入的思考，在优必选内部正式立项。随后优必选以机器人的双足为突破口，率先攻克仿人机器人行走问题。在CES 2018上，优必选展示了第一代Walker，那时的Walker还没有增加双臂，被称为双足机器人，但已经可以进行走路、踢球、下楼梯等活动。
整个2018年，优必选的研究人员们潜心钻研，不仅给Walker增加双臂和灵巧手的设计，还增加了柔性交互、人物场识别、语音交互等更多的AI能力，使Walker新一代具备了大型仿人机器人的基本形态以及进驻家庭场景的基本的实用功能。
▲Walker新一代在CES 2019上演示家庭服务
在CES 2019上，优必选就在现场演示了Walker新一代基于“力+位置”双重反馈的手眼协调抓取、柔性安全交互、多模态的人机交互、“语音+自动化”对智能家居的双路控制、对人物场的视觉识别、无标记物自主导航定位等多种AI能力。当时的Walker新一代吸引了全球媒体和科技界的目光，成为CES 2019上最具国人自豪的一大亮点。
而这一次，在春晚的舞台上，Walker新一代则面临了更加艰难的挑战，它们不仅要根据歌曲的内容作出相应的肢体动作和表情，而且在春晚非常复杂的网络环境下，多个机器人之间还要进行队形变换，实现精准的互动配合。为了保障Walker在春晚舞台上“完美”的演出，优必选团队集思广益设计出了一套优秀的解决方案。
二、50余天打造出春晚第一机器人天团
作为13亿中国人的年度视听盛宴，每一届的春晚都要准备半年的时间精心策划和排练节目，对于选择什么来体现春晚的科技元素，导演组的选择则更加慎重。
优必选团队回忆道，2018年11月春晚导演组到优必选进行考察发现了Walker，而正式收到春晚的邀约已临近12月，整个筹划的时间非常紧张。即便是对于有着两次登上春晚舞台，经验丰富的优必选来说，同样具有极大挑战。一场硬仗才刚刚打响。
由于春晚对机器人的数量有要求，至少需要6台以上，而大型仿人机器人的生产装配极其复杂，这成为了优必选团队面临的第一个问题。原本优必选目前只计划制作3台Walker，因此物料和生产线都临危受命，协调、调度供应链各个环节，加班加点才赶制出了6台Walker。另外还生产了2台作为备用，共计8台Walker全力保障春晚顺利进行。
春晚是全中国人民岁末年初的第一场盛宴，节目必须要精彩，即便是机器人Walker新一代也一定要融入到这紧张热闹的氛围中去。在春晚上，Walker新一代表演的是一段融合了现代舞和popping流行舞元素的舞蹈。但优必选团队告诉智东西，其实在节目敲定之前，优必选一直在不断地为Walker新一代策划各种表演形式，包括弹钢琴、国标双人舞等等。
除了物料准备和节目策划，为了此次春晚的节目效果，在功能方面，优必选为Walker疯狂地“赶了一波进度”。
Walker新一代的样机在去年8月才刚刚出来，很多功能还亟待验证和完善。优必选团队告诉智东西，这一次春晚表演所需的部分功能，比如多台机器人之间的同步控制、机器人的手臂和腿部的协调控制等，原本是在优必选2019年的工作计划中的，而为了今年的春晚表演，优必选加速了Walker的研发进程，把计划半年后的工作提前压缩在一两个月的时间完成。
春晚直播现场环境复杂，信号、场地各种问题都有可能出现，优必选为了保障Walker新一代的精彩表演，特意组建了一支40多人的工作小组，在春晚彩排现场随时待命。
▲Walker春晚彩排现场图
临近春晚直播，彩排日程也更加紧张，工作人员告诉智东西，每次彩排都要进行到凌晨一两点。虽然整个筹备和彩排的过程十分辛苦，但工作人员在现场也有不少乐趣，一位参与现场彩排的工作人员和智东西分享道，“在Walker出现bug的时候，为了提高它的稳定性，还会‘惩罚’它把一些动作重复千百次，以确保它不会再失误。”
由于Walker新一代此次要上演多台机器人跳集体舞，需要机器人之间保持一致的步调，这对机器人的通信功能要求极为严苛。优必选的工作人员告诉智东西，春晚现场人多各种设备也多，整个通讯环境复杂，所以为了保障Walker通讯顺畅，优必选不仅采用了调频方案，还在软件上加上了更多的冗余和检测，全力保证可以触发机器人的通讯信号。
此次Walker新一代要和人类演员同台表演，因此人机交互的安全性尤为重要。原本Walker新一代就有双臂零力控制、阻抗控制以及腿部柔顺控制，在此基础上，优必选对柔性控制做了进一步的优化，保证机器人在和人一起稳步跳舞的同时，胳膊可以保持与人柔性的交互，同时可以补偿人对机器人的外部作用力，保证机器人步态的稳定。
在节目筹备的过程中，因现场效果与节目整体排播需要，切换过三次曲目，每一次曲目的更换都意味着需要重新编舞。这要求Walker可以针对音乐节奏踩点，配合舞蹈动作和匹配歌词含义，这时候零力模式下的拖拽示教就显得尤为重要，这个功能可以让Walker的动作编程的过程更加高效。此外，Walker春晚表演的舞台场地也经历了三次变更，从普通舞台地面到地毯，再到地屏，每一种地面的软硬度都有所改变，特别是最终的地屏的方案，地面非常不平整，屏幕之间的交界也是此起彼伏，这也非常考验新一代Walker对地面的的适应能力。
而在导航方面，由于春晚现场的舞台是考虑整个晚会的效果筹备的，更多需要机器人配合和融入。基于成本、外形和机械结构限制的考虑，研发人员特意为Walker加装了基于多摄像头协同的定位解决方案。再加上优必选自主研发的计算机视觉技术，让Walker机器人可以在摄像头受到噪声、模糊、雾、低分辨率等极端因素影响下依然成功定位。而实现的基础则是基于优必选的核心技术之一定位导航方案U-SLAM，该方案可以达到厘米级别的双足位置镇定精度。
三、“台上十分钟，台下十年功”
俗话说，“台上十分钟，台下十年功”。排练一个舞蹈，人类舞者尚需数十、数百次的训练，而对于机器人来说，在节目现场表达出人类舞蹈的效果，则更具有挑战。在短短的几分钟舞蹈的背后，作为支撑的是优必选在人工智能和机器人领域长达十年的不懈研究和技术积淀。
▲优必选创始人兼CEO周剑携Walker拜年
在机器人硬件中，舵机被誉为机器人的关节，是机器人灵活运动的硬件基础，也是实现机器人自主研发的一个首要难题。从2008年开始优必选创始人兼CEO周剑就开始潜心研发伺服舵机，最终在2012年取得突破并成立了深圳市优必选科技有限公司。
周剑曾在接受智东西采访时表达了自己研发伺服舵机的原因，“我们也知道做舵机、做步态、做人形很复杂很费时间，但如果因为遇到技术门槛，就避开这些难题，就想到拿来主义，走同质化的捷径，那还怎么谈创新？”从2008年算起，到现在优必选在伺服舵机领域已有近十年的技术积累，目前拥有从2Nm到160Nm的伺服舵机的知识产权。
运动控制和步态算法是机器人进行直立行走、跳舞以及做很多复杂动作的关键。在Walker春晚表演背后，更复杂的技术就是软件的控制算法。由于Walker定位于家庭场景，针对家庭场景中的不同地面材质，优必选的步控算法也做了更多的设计和适配，可以让Walker轻松地适应地面上的一些小凸起，在受到外力推动时，Walker的平衡控制还可以使其恢复原来状态，保持自身的平衡。
Walker新一代增加了具有7自由度的双臂设计以及灵巧手的设计，这让Walker新一代不仅可以抓握物体、开门关门。灵巧的双臂也让Walker具有实现更多动作的可能。
最值得注意的是，优必选在解决了机器人关键零部件舵机之后，在人工智能和机器人技术领域，优必选定义并打造了一套基础的智能机器人操作系统——ROSA。集成了优必选多年研究的技术，包括语音操控、视觉识别、定位导航、运动控制、表现力等。ROSA系统还拥有模块化、可扩展、松耦合、全集成四大特点，让开放者不需要再去做底层研究，可以直接调用上述这些技术。
由于ROSA操作系统此用了模块化设计的优势，大大提升了Walker新一代的推出速度。因此虽然Walker新一代相比于第一代产品，无论从硬件还是软件层面都做了大幅度的优化，但整个周期仅为一年。
机器人的导航定位一直是业内关注的重点，也成为了判断一家机器人企业是否具有核心技术的因素之一。在导航定位方面，优必选拥有自研的基于三维视觉的定位导航系统U-SLAM，可以实现实时定位、路径规划与主动避障的等功能，优必选自研的防抖算法还能有效解决由本体运动引起的视觉抖动问题。
在Walker新一代上优必选实现了三维的视觉导航，可以获得外部环境中更加丰富的诸如轮廓、颜色、深度等信息，无需在环境中使用标记物等帮助Walker新一代进行定位。基于视觉的主动避障技术会让Walker新一代在避障时考虑障碍物的运动状态，对物体进行姿态识别，同时自身的路径规划器也会根据预测的障碍物运动轨迹以及地图信息，在时间和空间两个纬度上规划处避障导航的最优路径。
一面在加紧技术研发，另一面优必选也深谙人才是技术研发的核心推动力，因此一直在召集全球AI和机器人领域的知名学者加入到优必选的研发队伍中。
伴随Walker的每一次迭代，优必选除核心技术的一步步突破，还储备了最优质的人才。据优必选工作人员介绍Walker新一代的研发团队具有非常高的水平，从科研、算法、工程、应用四个层次建立和扩展了研发团队，包括清华大学智能服务机器人联合实验室、华中科技大学智能服务机器人联合实验室，悉尼大学人工智能研究院，北美研发中心等团队的参与。
目前，优必选在人形机器人及人工智能研究领域的院士和顶级博士多达几十人，研发团队规模达占整个公司员工总数的40%以上，并已先后引入两位首席科学家，包括悉尼大学教授陶大程担任“人工智能首席科学家”，他还是IEEE Fellow、AAAS Fellow、OSA Fellow、IAPR Fellow、SPIE Fellow、欧洲科学院外籍院士、澳大利亚科学院院士。另一位则是清华大学赵明国教授，担任 “人形机器人首席科学家”。
四、Walker让机器人走进家庭不再是梦
在机器人研究方面，日本和美国起步较早一直走在前列，中国在人形机器人研究方面一直以来都在扮演追赶者的角色。Walker的出现，让全世界看到了中国在仿人机器人研究领域的突破和进步。
日本本田公司的ASIMO和美国波士顿动力(已被软银收购)的Atlas，可以称得上是大型仿人机器人领域的网红机器人，同时它们也代表着目前全球大型仿人机器人领域最前沿的技术，每一次出场都让全球的网友们的惊叹，激发人们对未来机器人融入未来人类生活中的幻想。
然而，从面世至今，ASIMO和Atlas仅仅存在于实验室和官方公布的演示视频中，离迈入人类生活还非常远。目前，本田的ASIMO项目已经在去年宣布终止，波士顿动力也从谷歌手里几经辗转如今拜入软银门下。
在设计思路上，ASIMO、Atlas和Walker就有很大区别。
首先是在驱动方式上，Atlas采用液压伺服驱动，这种方案的功率密度大、负载刚度大、抗冲击强，但整个液压系统非常复杂，泵、油路、伺服阀、异形缸等器件给系统可靠性带来非常大的风险。而且高压泵的噪音现在还无法优化到人们的预期。所以虽然目前Atlas在运动控制能力上做出了非常大的突破，但是成本高、系统可靠性低、噪音高，目前只在实验室和军用机器人市场出现。
ASIMO和Walker则都是以电动伺服驱动的，电机加减速器的组合非常容易实现伺服关节的模块化，便于生产、测试和维护。同时电机系统具有控制精度高、噪音小、污染小等优点，尤其适合消费类市场。ASIMO经过30多年的发展，行走、操作、交互几经迭代已经可以较好的展示机器人在家庭服务场景的实现。但是ASIMO技术复杂（如ASIMO的双手为了实现较高的自由度和较小的体积，采用液压传动的方式将驱动部分放入躯干）、成本昂贵，始终未有任何量产、面向市场的计划。
其次，在探索AI技术和新的交互技术领域，ASIMO进展缓慢，特别是2011年之后，AI等不少新技术涌现，但在ASIMO上鲜有看到这些技术应用并进行产品迭代。2011年福岛核泄漏事故后，本田将ASIMO的相关技术转向了更实用的救灾机器人研发，在家用服务机器人领域，本田没有持续深入地探索。
最后，在成本方面，ASIMO、Atlas高达几百万美元的成本成为了阻碍他们进入家庭场景的一个重要原因。而其出色的运动能力与目前技术阶段与硬件成本能力等息息相关。
相比之下，优必选Walker的每一步则更向着走进家庭、进行商业化迈进。
从成立之初，优必选就将把仿人机器人带入家庭作为自身使命和初心。优必选创始人兼CEO周剑认为，“优必选Walker最出彩的地方并不仅在于目前运动控制和手眼协调等创新技术，还在于目前单位成本可控，未来的零售价格潜力会在一台普通家用中型轿车小几十万人民币价格区间。在成本可控的平台上完成机器人走进家庭服务的目标意义更大。优必选不是在做Demo也不是在实验室实验，我们目标是机器人真正的商业化。”
正是秉持着这一清晰的目标，优必选为Walker规划的每一步都非常清晰。
从2015年立项至今的三年多的时间里，优必选Walker系列依托于中国在智能制造领域的优势如在供应链、劳动力和巨大市场等方面，实现了仿人机器人的飞速发展，仅仅两年时间就解决了双足行走问题，又仅用一年时间实现增加双臂、灵巧手、手眼协调等多方面的突破。
优必选Walker新一代不仅集成了时下机器人和人工智能研究领域的最新前沿技术，并且以落地应用为前提已基本定义了智能机器人在家庭场景场景中的基本能力，让大型仿人服务机器人向着进入家庭的目标迈出了一大步。
结语：中国服务机器人研发迈入世界第一梯队
今天，优必选Walker在春晚的亮相，不仅让全国人民看到了中国企业在机器人前沿技术研究上的突破，更是以春晚为平台，向全世界宣告中国的机器人创新研究已迈入世界机器人研发的第一梯队。
作为国内头部AI机器人创企，优必选还与亚马逊、波士顿动力等被外媒The Robot Report 评选为2019年值得期待的10大机器人公司，而其最新一轮融资消息在春节过后也即将公布。
更值得骄傲的是，以优必选为代表的中国科技企业以惊人的研发速度，正在快速缩短和世界先进水平的差距。而在落地方面，中国的智能服务机器人研究目标则更为明确和清晰，离商业化目标更近一步，让机器人走入家庭不再是遥不可及的梦。
