Ⅰ 科技前沿：演算法讓機器狗在一小時內學會走路
智能機器人像新生動物一樣，一個四足機器人在第一次嘗試行走時會絆倒。但是，雖然小馬駒或長頸鹿需要更長的時間才能掌握行走，但機器人只需一個小時就能學會流暢地向前移動。計算機程序充當動物脊髓的人工演示，並學習在短時間內優化機器人的運動。人工神經網路在開始時尚未進行理想調整，但可以快速自我調整。
新生長頸鹿或小馬駒必須學會用腿走路，以盡可能快地避開捕食者。動物天生具有位於脊髓的肌肉協調網路。然而，學習腿部肌肉和肌腱的精確協調需要一些時間。最初，幼年動物嚴重依賴硬連線脊髓反射。接下來，必須練習更先進和精確的肌肉控制，直到神經系統最終很好地適應幼年動物的腿部肌肉和肌腱。
斯圖加特馬克斯·普朗克智能系統研究所（MPI-IS）的研究人員進行了一項研究，以了解動物是如何學會走路和從絆倒中學習的。他們製造了一個四條腿、狗大小的機器人，幫助他們了解細節。
MPI-IS動力運動研究小組的前博士生菲利克斯·魯佩特（Felix Ruppert）說：「作為工程師和機器人專家，我們通過製造一種具有與動物一樣的反射功能並能從錯誤中學習的機器人來尋找答案。但是如果它經常絆倒，它會給我們一個衡量機器人行走能力的標准。」
Felix Ruppert是《在閉環中央模式生成器中學習機器人動力學的塑料匹配》一書的第一作者，該書於2022年7月18日發表在《自然機器智能》雜志上。
學習演算法優化虛擬脊髓
在一個小時內學會走路後，魯佩特的機器人很好地利用了其復雜的腿部力學。貝葉斯優化演算法指導學習：測量的腳部感測器信息與作為程序在機器人計算機中運行的模擬虛擬脊髓的目標數據相匹配。機器人通過不斷比較發送的和預期的感測器信息、運行反射迴路和調整其電機控制模式來學習行走。
該學習演算法適應中央模式生成器（CPG）的控制參數。在人類和動物中，這些中央模式發生器是脊髓中的神經元網路，在沒有大腦碰粗凳輸入的情況下產生周期性肌肉收縮。中央模式生成器網路有助於生成有節奏的任務，如行走、眨眼或消化。此外，反射是由連接腿部感測器和脊髓的硬編碼神經通路觸發的非自願運動控制動作。
只要小動物在一個完全平坦的表面上行走，中央肌電圖就足以控制來自脊髓的運動信號。然而，地面上的一個小腫塊改變了行走。反射開始並調整動作模式，以防止動物摔倒。運動信號中的這些瞬時變化是可逆的，或「彈性的」，並且在干擾後，運動模式恢復到笑旅其原始配置。
但是，如果動物在許多運動周期中沒有停止跌跌撞撞——盡管有積極的反射——那麼必須重新學習運動模式並使其「可塑」，即不可逆。在新生動物中，CpG最初調整得不夠好，動物在平坦或不平坦的地形上蹣跚而行。但是，這種動物很快學會了它的中央處理器和反射如何控制腿部肌肉和肌腱。
拉布拉多大小的名為「莫蒂」的機器狗也是如此。更重要的是，機器人在大約一個凳搜小時內比動物更快地優化其運動模式。莫蒂的中央處理器是在一個小而輕的計算機上模擬的，該計算機控制著機器人腿的運動。這個虛擬脊髓被放置在四足機器人的背部，頭部所在的位置。在機器人順利行走所需的一小時內，來自機器人腳的感測器數據會不斷與機器人的中央處理器預測的預期著陸進行比較。如果機器人絆倒，學習演算法會改變腿來回擺動的距離、擺動的速度以及腿在地面上的長度。調整後的運動也會影響機器人如何更好地利用其柔順的腿部力學。在學習過程中，中央處理器發送適應的電機信號，使機器人從此減少絆倒並優化其行走。在這個框架中，虛擬脊髓沒有關於機器人腿部設計、電機和彈簧的明確知識。由於對機器的物理一無所知，它缺少一個機器人「模型」。
Ruppert解釋說：「我們的機器人實際上是『天生』的，對腿的解剖結構或工作方式一無所知。CPG類似於自然界提供的內置自動行走智能，我們已經將其傳輸到機器人。計算機產生控制腿部電機的信號，機器人最初行走和絆倒。數據從感測器返回虛擬脊髓，在那裡比較感測器和CPG數據。如果感測器數據與預期數據不匹配，學習alg演算法改變行走行為，直到機器人行走良好，沒有絆倒。在保持反射活躍和監測機器人步履蹣跚的同時，更改中央處理器輸出是學習過程的核心部分。」
節能機器人狗控制
莫蒂的電腦在行走過程中只消耗5瓦的電力。知名製造商生產的工業四足機器人已經學會了在復雜控制器的幫助下運行，因此耗電量要大得多。他們的控制器用機器人的精確質量和身體幾何形狀的知識編碼——使用機器人模型。它們通常需要幾十瓦，甚至幾百瓦的功率。這兩種機器人都能動態高效地運行，但在斯圖加特模型中，計算能耗要低得多。它還提供了對動物解剖學的重要見解。
亞歷山大·巴德里·斯普羅維茨（AlexanderBadri Spr witz）說：「我們不容易研究活動物的脊髓。但我們可以在機器人中模擬一個。」他與魯佩特（Ruppert）共同撰寫了這本出版物，並領導著動態運動研究小組。「我們知道許多動物中都存在這些CpG。我們知道反射是嵌入的；但我們如何將兩者結合起來，使動物通過反射和CpG學習動作？這是機器人學和生物學交叉點的基礎研究。機器人模型為我們回答了生物學本身無法回答的問題。」
Ⅱ 機器狗課程設計
建議你到 robot360中國機器人網 上看看，那邊有很多參加機器人比賽方面的高手，在論壇里可以找他們幫幫忙。 參考資料：robot360中國機器人網 《~~問噵
Ⅲ 騰訊發布首個全自研四足機器人
騰訊發布首個全自研四足機器人。3月2日，騰訊正式發布首個軟硬體全自研的多模態四足機器人Max。下面跟著小編一起來看看max的魅力吧。
騰訊機器狗Max
一、性能
機器狗 Max 採用了足輪融合一體式設計，採用了騰訊 Robotics X 實驗室原創自研的足輪融合方案，也就是有腿又有輪。特殊的輪式結構，將機器狗輪式運動的速度提升數倍，最高可亮激達 25km/h。依託於騰訊自研的軟硬體系統框架，Max 擁有敏銳的 神經系統 ，實現了亞毫秒級力控，大大降低了軟硬體系統延遲。而且 Max 還延續了 大狗狗 Jamoca 的魯棒控制演算法，讓 Max 擁有發達的 小腦 ，和優秀的平衡能力。
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Max綜合了NLMPC(Nonlinear Model Predictive Control，非線性模型預測控制)演算法、QP(Quadratic Programming)優化、柔順控制演算法，完成了從趴地狀態到雙輪站立的起擺、平衡抗擾、落地收腿控制。Max基於自研的魯棒控制演算法，實現平均計算耗時小於0.3ms，擁有摔倒自行恢復的技能，即使遭受大沖擊摔倒，也能自行恢復正常運行狀態。
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二、作用
機器狗Max採用足輪融合方案，在不同的環境下可以切換不同的形態模式。在崎嶇地面，採用足式能走得更穩枯鍵盯，而在平坦路面切換為輪式能跑得更快，最高可達25km/h。騰訊表示，機器狗Max未來將有望在機器人巡邏、安保、救援等領域發揮作用，成為人類的智能夥伴和生活助手。
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Ⅳ 大廠為何紛紛開始製造機器狗
大廠為何紛紛開始製造機器狗
大廠為何紛紛開始製造機器狗,國外的開源讓從零到一做機器狗變得簡單了， 在努力通向 90 分的過程中，國內很多公司都邁出了前進的步伐。波士頓動力讓四足機器人脫離了「軍工」范疇，大廠為何紛紛開始製造機器狗.
1995 年，日本 NHK 將電視劇《三國演義》引進本國，引發收視高潮。和國人熱愛忠肝義膽的「關帝爺」不同，日本觀眾最喜歡的是「多智而近妖」的諸葛亮。如果說戰群儒、借東風還是政治智慧，六齣祁山用古代機器人「木牛流馬」運輸軍資，確是極致的魔幻時刻。
二十五年後的春節聯歡晚會上，幾十隻戴著牛頭裝飾的宇樹科技「機器狗」走上舞台，給大家拜年，第一次讓普羅大眾認識了這些憨態可掬的「四腳獸」。
今年 8 月，小米新品發布會上，公司創始人雷軍曝光了團隊智能軍團的新成員 CyberDog「鐵蛋」，一隻灰色的機器狗，而 9999 元的價格，也讓人們意識到，這些看起來像是實驗室里的產品，就要像普通寵物狗一樣，走進人們的生活。
小米鐵蛋
什麼樣的原因，讓四足機器人在短短幾年內就從數十萬的實驗室明星，變成四位數的數字玩具？而除了翻跟頭和在舞台上賣萌，四足機器人又有怎樣的使用場景？
機器狗從哪來
上世紀 60 年代，世界仍處於冷戰鐵幕之中時，美國通用電氣公司設計師 Mosher 在機動系統實驗室設計了一輛名為 Walking Truck 的機器馬，駕駛者可以通過人工操作指令桿來控制機器的液壓驅動系統，實現該機器馬抬腿、邁步以及跨越障礙等動作。
這匹「機器馬」被認為是第一台真正意義上的現代四足機器人。
二十一年後，麻省理工學院（MIT）的 Marc Raibert 於 1986 年開發出第一台能實現動態穩定的四足機器人，並於 1992 年成立了公司，這就是後來震驚業界的波士頓動力 Boston Dynamics。在被谷歌收至麾下之前，支持波士頓動力的是它唯一的客戶——美國軍方。
2016 年 6 月，波士頓動力發布一條機器狗的運動視頻，僅有 25 公斤的 Spot Mini 外形更加小巧，增添了機械臂的它可以靈敏操控物體，該視頻迅速傳遍全網，堪比 AlphaGo 以一己之力掀起 AI 狂潮。波士頓動力的機器狗視頻，也讓人們意識到，這些之前傻大黑粗的「軍工」用品，同樣可以做得比較「迷你」，機動靈活。
波士頓動力Spotmini
也正是在 2016 年左右，宇樹 Unitree、雲深處等國內團隊也選擇四足機器人作為創業方向。不過，當時他們可能沒有意識到，五年後的現在，四足機器人會成為新風口。
盡管波士頓動力讓機器狗成為 YouTube 網紅，但是真正推動四足機器人生態發展的，其實是孵化出波士頓動力的 MIT。
2018 年 9 月，MIT Biomimetic Robotics Lab 成員 Benjamin Katz 在他的碩士論文中，開源了 MIT Cheetah Mini 電機驅動器，連接 12 個電機與機載電腦的中心板（SPIne）的代碼和硬體。一個月後，Katz 又開源了在 Cheetah Mini 上運行的所有代碼。至此，MIT Cheetah Mini 所有軟體、硬體開源。
除了 MIT 開源的 Mini Cheetah，機器人領域還有另一個關鍵的開源項目——ROS（機器人操作系統）。該項目由斯坦福大學人工智慧實驗室孵化，主要功能是使機器人軟體的開發實現模塊化，不再需要重新設計框架，而且支持 C++、Python、LISP 等多種語言。
硬體組模和控制系統的開發一直是「機器狗」研發過程中最核心的難點，國外的開源提供了更為完整的技術和解決方案，進入四足機器狗領域的門檻大大降低了。
宇樹科技創始人王興興告訴極客公園：「原本的入門門檻比較高，現在相當於是上手做一個東西出來的門檻變低了。」
當然，即便硬體和軟體系統已經開源，但是要做出好的產品，依然要看團隊的能力。
「機器狗研發的主要難度在於對腿部動作的控制，如何感知外界環境後尋找落足點，讓機器狗的步態更為流暢、穩定」，從事足式機器人研究的博士生縱懷志在個人公眾號「四足驛站」中這樣總結國內外機器狗的研發現狀。他向極客公園介紹到：「機器狗控制演算法框架難以精確建模，其中涉及了大量的數學公式和未知變數，因此研發過程中需要大量時間和數據的積累。」
「國外的開源讓從零到一做機器狗變得簡單了，原本 60 分的機器狗現在可能達到 80 分了，但是要想繼續達到 90 分，還是要看自主研發能力的提升，這是一個系統工程。」
在努力通向 90 分的過程中，國內很多公司都邁出了前進的步伐。
蔚藍智能科技公司曾公布關於電機、機器腿、快充等方面的專利技術，宇樹推出的`全球首款消費級機器狗核心感測器、電機及減速器等核心零部件均為自主研發。
「目前，我們的迭代速度其實比國外要快，宇樹過去五年幾乎每一兩年都會有新的產品出來。」王興興說道。
宇樹科技Unitree Robotics
消費者何時能「領狗」回家？
波士頓動力讓四足機器人脫離了「軍工」范疇，但是機器狗們接下來的前路仍不明晰。專業人士認為，目前的機器狗行業很像十年前的無人機行業——學術界有了成型的控制理論，工業界也有了一定的案例，但如何商用還無人知曉。
作為領頭羊的波士頓動力，雖然機器人表現超群，但也沒有找到合適的應用場景，目前僅有探測、安防等 B 端領域有所嘗試。同時，由於投入巨大但是回報不足，波士頓動力先後被谷歌轉手給軟銀，後又被賣給現代集團。
在國內，小米「鐵蛋」的 9999 元定價，已經將動輒數萬美元的四足機器人定價打到「骨折」；宇樹科技也已經推出面向 C 端的萬元左右的產品。和前途未明的 B 端相比，C 端消費電子的定位，顯然更加「性感」，這也催生了近年來風投機構對於四足機器人公司的投資熱潮。
不過，雖然價格下來了，但機器狗距離真正進入普通消費者家中，可能還有很長時間。
首先是安全問題，小米的工程師認為「目前機器狗的重量、奔跑速度設置太快的話，很容易造成安全上的問題。」
為了避免出現機器狗在全速前進時撞到人的情況，小米的「鐵蛋」有一個「卧倒」功能，即在危急關頭，機器狗可以迅速斷電，立即趴下。
其次是隨著「機器狗」曝光的增多，消費者們對於這個新興產品的預期也在不斷提升。當僅僅是「好玩」「有趣」無法再吸引人們的目光時，對於四足機器人的情感需求將進一步展現，而這也將對四足機器人的 AI 交互能力提出更高的挑戰。
目前階段，「鐵蛋」結合了小米「小愛同學」的 AI 能力，可以被看成是一個「行走的智能音箱」，用戶能夠通過語音來控制機器狗的動作，同時控制燈、電視等物聯網設備。
機器狗背後的「野心」
雖然目前四足機器人真正落地 C 端還有難度，但不妨礙像小米、小鵬汽車、騰訊這樣的公司紛紛入局，因為巨頭看重的是機器人背後更廣闊的智能市場。
不久前的特斯拉 AI 日上，由人扮演的「歡脫」的 Tesla Bot 看起來像是狂人馬斯克開的一個玩笑，但事實上機器人或許是智能汽車領域的下一個「聖杯」。
小鵬「機器馬」
機器人開發與自動駕駛技術之間確實有很多相似之處。兩者都是電池供能、電機驅動、軟體賦能，車企在視覺感知、激光雷達方面需要的感知決策能力在機器人身上同樣需要，機器人未來發展所必需的人機交互能力。
小米集團智能辦公事業部總經理透露「鐵蛋」項目的初衷是「從長遠來看，我們是想為未來的智能製造、還有汽車儲備人才，積累一些基本的技術和演算法。」
不過，雖然四足機器人看起來比智能汽車要小很多，但其實它所需要具備的技術，要比現在仍在進化的自動駕駛技術更難。因為自動駕駛所處的公路環境，依然有比較嚴格的交通規則可以作為訓練依據。而一隻機器狗如果進入家庭和小區，它所要面對的環境，要比智能汽車的公路環境復雜很多，畢竟在家庭環境中，人們走路不用打轉向燈，也不會有交通標識來提示機器狗。
從這方面來看，現在的四足機器人，可能很難駕馭較為復雜的環境，距離真正進入家庭還有一段距離。
但是，當下的四足機器人作為一個機器人平台，仍然有機會找到其應用空間。
2018 年，在亞馬遜組織的 MARS 大會上，貝佐斯和波士頓動力機器狗的合影，就讓人們意識到，四足機器人是一個非常酷的玩具。而當國內機器狗的價格做到萬元級別時，能耍酷「溜狗」的就不僅是世界首富了。
如果是相對簡單的環境中，四足機器人也可能成為一個很好的陪伴或者伴隨機器人。例如宇樹科技的機器狗可以跟著用戶一起跑步，甚至幫主人「馱」著飲料；「鐵蛋」則能發揮智能音箱的作用，給主人提供有用的信息，這都是目前四足機器人能夠勝任的場景。
9月17日，在2021 世界計算大會「計算創新與數字賦能」專題展上，兩只「機器狗」和兩只「機器牛」的表演吸引了不少參會者的關注，它們能跳舞、空翻、打滾 ，不僅形態可愛，還具有安保、科研教育、二次開發、陪伴看護等多種功能，成了現場的「明星」。
四足機器人「犇犇」像牛，身著中國風的外衣，喜慶十足。它曾在牛年春晚表演過舞蹈，是家喻戶曉的「明星」。另外兩台四足機器人的外形則像機械狗，別看它遇到小觀眾就邁起小碎步賣萌，其實它不僅能上樓下坡，還背著攝像頭和雷達感測器，能幫助人類在危險的場所進行巡檢。
據現場工作人員介紹，這款四足機器人內部有電機、減速器、控制器、感測器等部件，自主研發的技術使其具備小巧靈活、爆發力強等特點。每個機器人重量有10公斤，成年人可以輕易提起，但放下後它的奔跑速度可達到3.3米每秒，同時因搭載多個感測器，四足機器人被賦予了無限可能，比如自動跟隨等功能都能輕易完成。
作為一個搭載高性能實時主控系統、力控伺服驅動器、全動力學優化演算法、激光雷達定位導航演算法等硬核技術的機器人，「犇犇」遠不止會賣萌，它的「大腦」也越來越聰明。
比如，搭載了雷達測距及圖傳功能後，它能主動躲避障礙，並自主跟隨前方目標，還能跑步搬東西。現場一位女孩打趣道：「要是帶它出門逛街，男朋友也省了。」
記者了解到，根據應用場景裝上「最強大腦」的四足機器人，即可擁有「眼觀六路，隨機應變」的超強本領，在危險搜救、醫療救援、家庭陪護等領域擁有廣闊商用前景。
在2021 世界計算大會上，通過算力賦能的智慧汽車、視頻AI等多款黑科技產品都在專題展上亮相。如今，「計算」已滲入我們的生活，無人駕駛、AI智能、智能家居、智能醫療……這些通過「計算」而實現的「黑科技」正介入生活的方方面面。全媒體記者 吳鑫礬