钢铁侠科技CEO张锐:运动脑——机器人走向实用化的必经之路

钢铁侠 2017-03-09 15:22 工具软件 来源:思达派 查看原文

16年年底,钢铁侠科技受邀同北航王田苗教授、德国汉堡科学院张建伟院士一起,在中国机器人产业推进大会上做主题报告,其演讲题目“机器人运动脑的技术实现与产业生态”引起了广泛关注,多家媒体对其进行了专访,当场就有数家科技馆的负责人对采购钢铁侠科技的双足大仿人机器人表示了强烈兴趣,另有多所高校计划采购钢铁侠科技的机器人作为先进的科研、教学平台。

32565971940606664.jpg作为新兴的机器人公司,钢铁侠科技好消息不断,不仅斩获中关村高新技术企业、设立了院士专家工作站、荣获工信部中国电子信息产业研究院授予的人工智能领军企业奖,并受邀担任京市海淀区文化创意协会副会长单位和中国服务机器人应用及推广联盟副主席单位。

钢铁侠科技重点研发大型双足仿人机器人及机器人“运动脑”,自主研发机器人核心零部件,是国内第一家专门从事双足大仿人机器人研发及推广的科技公司。仅成立第一年,钢铁侠科技就申请了数十项知识产权,其中已经获得了十余项专利授权和近十项软件著作权。在这些自主知识产权中,包括“机器人控制器”“机器人关节柔性驱动器”等机器人核心零部件,“髋关节与踝关节通用机构及仿人机器人”等结构设计方法,也包括“仿人机器人的分布式控制系统”“多轴联动电机伺服控制系统”等先进的控制策略。从机器人底层技术到机器人上层策略,为国家争取了在机器人方向紧缺的知识产权。

钢铁侠科技研发团队由曾工作于中国科学院、航空航天院所以及外企的资深工程师构成,致力于研发最先进的机器人,成为机器人运动控制领域不可替代的公司。2016年下半年,钢铁侠科技成功完成了两代双足大仿人机器人的研发,是国内第一家成功研发大型双足仿人机器人的科技公司。

大会官网报导如下:(中国机器人产业联盟网整理)

今天我们的论坛主题是服务机器人,我们基本上一直都可以看见各个公司展示的一些不同的服务机器人产品,如果是软件机器人产品的话,可能更多的是偏向于语义、偏向于视觉,如果有实体的机器人公司,基本上都是下面三个轮子,然后一个壳、一个屏,这种最简单的事情。像这种公司在中国会有两百家左右,竞争也非常激烈,我们公司想做一件不同于中国其他各家服务机器人产品,我们想做一些真正能实用化,能对人做事情,能帮人解除一些烦恼的机器人。

这个展示的是日本非常有名的一个机器人,这个机器人有手有脚,它的手可以帮人倒水,甚至拧瓶盖等等,这个机器人可以上下台阶,这个是日本机器人在奔跑的视频。这个视频是机器人在雪地里行走的视频,这五个视频都要依赖于机器人的控制系统,这五个机器人展示的所有细节都是目前市场上轮式机器人解决不了的问题。

我们需要概括一下,这些最先进的机器人它有什么共同点,第一个,它有非常高的技术门槛,每次发布一定会震撼世界。这个照片是美国NASA的机器人,这个机器人可以代替人在外太空进行一些操作,第二个,我们会发现这些机器人都有非常强的运动能力,而且这些运动能力越来越接近人的能力,甚至某些点超过人。第三点,这些机器人都属于双足大仿人机器人,身高可能分为几个级别,比如青年组、成年组甚至大人型的机器人。最后一个特点是这些机器人为极少数单位所掌握。

接下来我介绍一下“仿人机器人的概念”,仿人机器人主要在三个方面像人,一个是形态,一个是行为,一个是思维。

所谓形态像人包括躯干、四肢、头部,对应机器人的本体结构。行为包括动作和视听、对应机器人的运动能力和视听能力,思维包括逻辑和情感,对应机器人的顶层决策。

我们认为形态是行为的载体,行为本身是思维的外在表现,我们看机器人技术,它也有同样的难点,第一个方面依然在形态上,设计一个仿人机器人是非常难的,本身是一个精密的光机电算一体化系统,设计、生产、组装都充满了挑战。第二点是运动能力,机器人学会走路,适应地形,手、脑、脚协作是非常艰辛的一件事情,对算法和系统都提出了非常高的要求。最后一个方面是机器人的思维,就是机器人的自主决策能力,它需要知道自己在什么场景下要做出什么样的动作,甚至有自己的一套独特的性格。

在服务机器人走向实用化的时候,我们觉得它一定需要一套非常强的运动控制系统。我们公司自己做了一套机器人的运动脑,运动脑是基于机器人的形态,然后结合正逆向运动学、动力学以及人工智能技术,让机器人具有自主运动能力的一套决策系统。一般来说人的运动平衡主要是小脑在负责一些平衡,大脑一部分也来负责运动的一些决策,在机器人的运动决策里,我们把类似人的小脑和大脑中负责运动控制的部分紧密结合构成的功能体。

我们把机器人的运动脑又分为三个层级,第一个层级是关节控制,在关节处需要采集各个关节的一些转动位置、速度、加速度、力矩等等信息,然后由每个自由度的MCU驱动电机进行精密控制。第二个是神经中枢控制,根据机器人自身的姿态力和力矩以及视觉等信息,对机器人在各种场景下的步态进行控制。第三个是任务层的控制,当机器人对它直接下达一个指令,比如在会场上找到一个人,机器人可能需要转动摄象头,然后找到那个人,这可能是最高层的决策,我们公司主要做了前两个方面,比如对机器人的两个关节,以及神经中枢系统,我们做了封装。 我们钢铁下科技ART机器人开发环境支持Ros系统。

刚才讲主要是软件层面的东西,再看一下机器人硬件层的一些控制。机器人需要大量跟姿态相关的传感器,这些系统我们公司是根据机器人本身的一些结构自己去设计研发的,我们设计的目的不光是为了降低成本,而是为了达到国际领先的品质,因为在自然的模块里,有很多确实是买过现成的,特别不方便,我们需要做一些研发,而且是目前一些模块它提供的工艺,包括它能达到一些精度都满足不了我们的需求,所以我们本身做了大量的顶层的工作。

我们公司的第二代机器人放了两台英特尔的处理器,其中一台是专门负责机器人的运动平衡控制系统,另一个主要是做大脑决策方面的宏观的规划。像我们这个机器人单腿是六个自由度,双腿是十二个自由度,它的踝关节是有两个自由度,包括髋关节,大腿根部是有三个自由度,它走路类似于人的姿态,而不是国外那种公司公布的可能是比较直接的行走,我们还是有转换角度的一些的行走策略。

我们公司提供两样东西,一个是机器人的硬件本体本身,第二个是开发环境,当然我们为了让更多的客户直接运用我们的机器人,我们把机器人运动脑进行了封装,用户可以直接调用。我们公司受到了国家一些部门,包括一些联盟的大力支持,包括中国人工智能协会的理事长李德一院士也在我们公司建立了院士站。

我们公司在前期在不追求量产的前提下,我们选择了首先面对高等院校和科研机构进行出售,因为高校需要像我们这种比较好的平台用来做科学研究。

另外一方面我们同时也向一些科技馆、展览馆、规划馆提供可与人互动的先进科技产品,支持运动衍生功能的定制。

下一步我们可以为商业用户提供机器人定制,现在也有很多公司来找我们提前定,但是我们公司自己本身还是不愿意做一些面对场景做的工作,中国真正缺的比较好的机器人平台以及机器人控制系统,我们想在这方面把它做深。做我们这种机器人确实需要大量各种各样的资源,去深入合作,钢铁侠科技自身也愿意跟各方合作。

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