【深度】運動機器人“智障”了嗎？
在草坪上奔跑、跳躍、后空翻，一步一個坑；吭哧吭哧爬樓梯，震的樓梯一直顫抖
這些搗蛋行為，都來自波士頓動力的機器人。
從這家公司發布第一個機器人運動視頻開始，幾乎每一次，它們的新動態都能引起行業的極大關注。原因無它，打上波士頓動力標簽的機器人，在運動控制方面，都是行業頂級。
但即便如波士頓動力的運動機器人，實現那些小孩子隨手可作的動作行為時，依然表現的無法令人滿意。對機器人行業來說，運動能力為什么會這么得難？
這得從運動機器人的發展歷程開始說起。
事實上，運動機器人的準確研發史很難追溯。兩千多年前古代中國人發明的指南車大概可以稱得上是運動機器人這一概念的鼻祖了。車內搭載一個機械傳動系統，利用傳遞轉向時兩車輪的差動信息指明方向，無疑這是機械控制技術的一次成功應用。
到1961年，Unimation為通用汽車研發了世界第一臺工業機器人，用于生產汽車門、車窗把柄、換檔旋鈕、燈具固定架，以及汽車內部的其他硬件等。至此，機器人開始替代人類，逐漸被應用于多個傳統產業中。
而隨著現代相關技術的發展和創新應用的出現，單純的機械運動早已不能滿足需求，運動機器人的概念開始被慢慢普及開來，研發難點也被廣泛重視起來。
運動機器人，應該是一個集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多功能為一體的綜合硬件系統。
要做到這些，便要求我們在機器人體內必須匯集諸如傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多項尖端技術，要求機器人擁有靈活的運動腦，而這些在世界范圍內，都不是短時間可以達成的。
沒有運動腦，機器人只能是人工智障
對于機器人行業來說，有三大關鍵技術：計算機視覺、語義理解和運動控制。而運動控制，是較難的一關。在談及機器人控制關鍵技術時，VincrossCOO徐凱強曾如是說。
機器人運動控制有多難？它們被稱為智障是不是太委屈？
不難窺見，所謂的運動機器人不管是行為控制、還是環境判斷等能力都與期望中有極大的差距。不客氣地說，它們還處于人工智障的階段。
為此鋼鐵俠機器人創始人&CEO張銳認為，它們需要擁有一個‘會運動的腦子’，也就是‘運動腦’。
縱觀當前推出的各種運動型機器人，要么只能站在原地，用一個畫著人臉的屏幕說著前言不搭后語的話，可以稍微點頭搖頭；要么就是一舉一動非常機械，擺動著雙手雙腳跳舞，毫無實際應用意義可言。
能自主規劃路線、感應環境自動避障地移動，可以通過靈活的關節不機械地活動，是對機器人最基本的要求。
而這其中，有兩大技術難關：移動和活動。
移動得不好，就會亂碰亂撞；活動得不好，就毫無靈性，彷如智障。
移動的關鍵在底盤，機械結構設計、傳感器和算法三者缺一不可
按照移動方式劃分，移動機器人可大致被分為：輪式、履帶式和足式三大類。而前兩類機器人移動的關鍵，都在下半身，也就是俗稱的底盤。
科沃斯機器人（南京）人工智能研究院院長于元隆表示，底盤其實只是一個載體，其中搭載和應用了傳感器、智能算法和驅動機構等三大關鍵技術。
從當前移動機器人的工作狀態看，其主要的工作流程應該是傳感器用于感知環境，并將環境信息傳輸給‘控制大腦’，KUKA機器人維修，也就是智能算法；‘大腦’通過分析環境信息給出‘執行命令’，最終控制驅動機構輸出行為動作。
傳感器方面，更準、更高精度的環境感知能力是評價其性能最重要的指標。但高性能的傳感器，就意味著高成本。以科沃斯為例，克服傳感器依賴進口、高成本等問題，擁有自主研發的傳感器專利是唯一解決之道。
而智能算法，也是近幾年各大機器人廠商重點發力的部分。這其中，涉及到了環境感知、導航定位、避障、決策、視覺、語音、人機交互等多個關鍵技術。
同時于院長也表示，現在各個廠商在智能算法方面還處于淺水區，只是做到了一些基本功能的應用。簡單來說，就是現在的機器人還不夠聰明。
這里的不夠聰明體現在三方面：第一，感知能力不夠智能；第二、行為決策能力不夠；第三，人機交互性差。
就目前的發展趨勢看，多模態傳感器和智能算法相結合是一種有效的解決方式。當機器人可以有效地感知環境變化、準確地推理和做出決策、結合用戶需求提供針對服務時，就是我們進入深水區的時候了。
驅動結構方面，則涉及了機械結構設計、有效驅動力、減速器等多個機械工程問題。而這些，都直接關系到機器人移動時的靈活性。
想必，誰也不想看到機器人要么不動，要么嗖地沖出去然后撞倒墻上的場面吧。
也正因為此，當前大多移動機器人應用都只局限于室內場景中。而市場所需要的機器人，應該擁有更多的能力，如自然地做著肢體動作，可以端茶倒水，KUKA機器人電路板維修，甚至翻山越嶺。
這就涉及到機器人的活動能力了。
活動的重點在關節，伺服舵機和運動算法成制勝關鍵
談及活動機器人，最為常見的，就是舞臺表演類機器人。
旋轉、揮手、踢腿這些都是跳舞機器人最為常見的動作。其中，以上過春晚的優必選機器人最為知名。而它們最大的優勢在于技術伺服舵機及步態算法等的自主研發。
優必選創始人&CEO周劍曾說過，伺服舵機本身就是一個比較難的技術壁壘。尤其是大扭矩伺服舵機，在全球來講都是機器人產業里一個很大的難題。
和普通的電機相比，伺服舵機涉中還涵蓋了減速、傳感、電機、芯片、改進算法、旋轉自由度等多種技術問題。也正因為此，伺服舵機能夠極大的提升機器人活動時的關節靈敏度。所以優必選沒有放棄研發伺服舵機，盡管他們花了近5年的時間，耗資半億。
其實，伺服舵機并不是一個新概念，日本、瑞士等機器人研發大國早有伺服舵機相關產品。只是當時進口成本極高，即便是最低性能的成本價也需要50美元/個，且早期需求量不高，所以一直沒有被廣泛應用。
對此，周劍表示：一般來看，僅伺服舵機的成本，就能占去機器人總成本的一半。這樣一來，一旦量少，供應鏈就根本起不來，相應的芯片、CPU、電池成本也都降不下來。
但隨著用戶對機器人活動靈敏度要求地提高，伺服舵機早已成為機器人廠商差異化競爭的關鍵，原本所說的需求量不高已經成為了一個偽命題。
然而，正如周劍所說，中小型企業在早期量不大且進口成本較高的情況下，自研不失為一條出路。
那么，機器人能動了，要怎么讓它動起來呢？
舉個例子，趕時間時，人的正常生理反應會讓我們的步子會邁得很大，走路的速度和身體的擺動幅度等都會隨之變化；而如果時間比較寬裕，你可能就會優哉游哉的顛著小碎步，頭也跟著搖搖晃晃、雙臂隨意擺動。
機器人也應該是這樣的。不同場景下，步態及身體的每個部分，都會表現出不同的運動狀態。說的通俗點，機器人在活動時應該更接地氣，而不是只會木訥的重復著單一或僅有的幾個動作。
這需要一個同樣接地氣的算法。
什么時候動？動哪里？怎么動？頻率如何？幅度多大？這些都是在做算法時必須考慮的事情。尤其在場景多樣化且復雜時，算法開發的工程量將成倍增加。
徐凱強也說，讓機器人動動手腳，看起來很簡單，但為了做好這一點，我們花了整整三年的時間。
而張銳談及的如果人是可以廣泛生存于這個世界的，那么機器人就應該能被廣泛應用于各個領域，這需要不同的算法賦予其不同的功能。
而這其實已有解決方案。只要給機器人加上一個基于Gazebo的仿真平臺和基于Ubuntu的ROS系統，其在硬件接口和開源等方面就能接入更多的開發者了。
鋼鐵俠就是這樣做的，我們提供的不僅是一個硬件產品，還同時為開發者們提供了一個軟件開發平臺。
無獨有偶，Vincross也是從運動控制技術出發，為機器人開發者提供便捷的開發平臺的。