Ⅰ 科技前沿：算法让机器狗在一小时内学会走路
智能机器人像新生动物一样，一个四足机器人在第一次尝试行走时会绊倒。但是，虽然小马驹或长颈鹿需要更长的时间才能掌握行走，但机器人只需一个小时就能学会流畅地向前移动。计算机程序充当动物脊髓的人工演示，并学习在短时间内优化机器人的运动。人工神经网络在开始时尚未进行理想调整，但可以快速自我调整。
新生长颈鹿或小马驹必须学会用腿走路，以尽可能快地避开捕食者。动物天生具有位于脊髓的肌肉协调网络。然而，学习腿部肌肉和肌腱的精确协调需要一些时间。最初，幼年动物严重依赖硬连线脊髓反射。接下来，必须练习更先进和精确的肌肉控制，直到神经系统最终很好地适应幼年动物的腿部肌肉和肌腱。
斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）的研究人员进行了一项研究，以了解动物是如何学会走路和从绊倒中学习的。他们制造了一个四条腿、狗大小的机器人，帮助他们了解细节。
MPI-IS动力运动研究小组的前博士生菲利克斯·鲁佩特（Felix Ruppert）说：“作为工程师和机器人专家，我们通过制造一种具有与动物一样的反射功能并能从错误中学习的机器人来寻找答案。但是如果它经常绊倒，它会给我们一个衡量机器人行走能力的标准。”
Felix Ruppert是《在闭环中央模式生成器中学习机器人动力学的塑料匹配》一书的第一作者，该书于2022年7月18日发表在《自然机器智能》杂志上。
学习算法优化虚拟脊髓
在一个小时内学会走路后，鲁佩特的机器人很好地利用了其复杂的腿部力学。贝叶斯优化算法指导学习：测量的脚部传感器信息与作为程序在机器人计算机中运行的模拟虚拟脊髓的目标数据相匹配。机器人通过不断比较发送的和预期的传感器信息、运行反射回路和调整其电机控制模式来学习行走。
该学习算法适应中央模式生成器（CPG）的控制参数。在人类和动物中，这些中央模式发生器是脊髓中的神经元网络，在没有大脑碰粗凳输入的情况下产生周期性肌肉收缩。中央模式生成器网络有助于生成有节奏的任务，如行走、眨眼或消化。此外，反射是由连接腿部传感器和脊髓的硬编码神经通路触发的非自愿运动控制动作。
只要小动物在一个完全平坦的表面上行走，中央肌电图就足以控制来自脊髓的运动信号。然而，地面上的一个小肿块改变了行走。反射开始并调整动作模式，以防止动物摔倒。运动信号中的这些瞬时变化是可逆的，或“弹性的”，并且在干扰后，运动模式恢复到笑旅其原始配置。
但是，如果动物在许多运动周期中没有停止跌跌撞撞——尽管有积极的反射——那么必须重新学习运动模式并使其“可塑”，即不可逆。在新生动物中，CpG最初调整得不够好，动物在平坦或不平坦的地形上蹒跚而行。但是，这种动物很快学会了它的中央处理器和反射如何控制腿部肌肉和肌腱。
拉布拉多大小的名为“莫蒂”的机器狗也是如此。更重要的是，机器人在大约一个凳搜小时内比动物更快地优化其运动模式。莫蒂的中央处理器是在一个小而轻的计算机上模拟的，该计算机控制着机器人腿的运动。这个虚拟脊髓被放置在四足机器人的背部，头部所在的位置。在机器人顺利行走所需的一小时内，来自机器人脚的传感器数据会不断与机器人的中央处理器预测的预期着陆进行比较。如果机器人绊倒，学习算法会改变腿来回摆动的距离、摆动的速度以及腿在地面上的长度。调整后的运动也会影响机器人如何更好地利用其柔顺的腿部力学。在学习过程中，中央处理器发送适应的电机信号，使机器人从此减少绊倒并优化其行走。在这个框架中，虚拟脊髓没有关于机器人腿部设计、电机和弹簧的明确知识。由于对机器的物理一无所知，它缺少一个机器人“模型”。
Ruppert解释说：“我们的机器人实际上是‘天生’的，对腿的解剖结构或工作方式一无所知。CPG类似于自然界提供的内置自动行走智能，我们已经将其传输到机器人。计算机产生控制腿部电机的信号，机器人最初行走和绊倒。数据从传感器返回虚拟脊髓，在那里比较传感器和CPG数据。如果传感器数据与预期数据不匹配，学习alg算法改变行走行为，直到机器人行走良好，没有绊倒。在保持反射活跃和监测机器人步履蹒跚的同时，更改中央处理器输出是学习过程的核心部分。”
节能机器人狗控制
莫蒂的电脑在行走过程中只消耗5瓦的电力。知名制造商生产的工业四足机器人已经学会了在复杂控制器的帮助下运行，因此耗电量要大得多。他们的控制器用机器人的精确质量和身体几何形状的知识编码——使用机器人模型。它们通常需要几十瓦，甚至几百瓦的功率。这两种机器人都能动态高效地运行，但在斯图加特模型中，计算能耗要低得多。它还提供了对动物解剖学的重要见解。
亚历山大·巴德里·斯普罗维茨（AlexanderBadri Spr witz）说：“我们不容易研究活动物的脊髓。但我们可以在机器人中模拟一个。”他与鲁佩特（Ruppert）共同撰写了这本出版物，并领导着动态运动研究小组。“我们知道许多动物中都存在这些CpG。我们知道反射是嵌入的；但我们如何将两者结合起来，使动物通过反射和CpG学习动作？这是机器人学和生物学交叉点的基础研究。机器人模型为我们回答了生物学本身无法回答的问题。”
Ⅱ 机器狗课程设计
建议你到 robot360中国机器人网 上看看，那边有很多参加机器人比赛方面的高手，在论坛里可以找他们帮帮忙。 参考资料：robot360中国机器人网 《~~问噵
Ⅲ 腾讯发布首个全自研四足机器人
腾讯发布首个全自研四足机器人。3月2日，腾讯正式发布首个软硬件全自研的多模态四足机器人Max。下面跟着小编一起来看看max的魅力吧。
腾讯机器狗Max
一、性能
机器狗 Max 采用了足轮融合一体式设计，采用了腾讯 Robotics X 实验室原创自研的足轮融合方案，也就是有腿又有轮。特殊的轮式结构，将机器狗轮式运动的速度提升数倍，最高可亮激达 25km/h。依托于腾讯自研的软硬件系统框架，Max 拥有敏锐的 神经系统 ，实现了亚毫秒级力控，大大降低了软硬件系统延迟。而且 Max 还延续了 大狗狗 Jamoca 的鲁棒控制算法，让 Max 拥有发达的 小脑 ，和优秀的平衡能力。
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Max综合了NLMPC(Nonlinear Model Predictive Control，非线性模型预测控制)算法、QP(Quadratic Programming)优化、柔顺控制算法，完成了从趴地状态到双轮站立的起摆、平衡抗扰、落地收腿控制。Max基于自研的鲁棒控制算法，实现平均计算耗时小于0.3ms，拥有摔倒自行恢复的技能，即使遭受大冲击摔倒，也能自行恢复正常运行状态。
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二、作用
机器狗Max采用足轮融合方案，在不同的环境下可以切换不同的形态模式。在崎岖地面，采用足式能走得更稳枯键盯，而在平坦路面切换为轮式能跑得更快，最高可达25km/h。腾讯表示，机器狗Max未来将有望在机器人巡逻、安保、救援等领域发挥作用，成为人类的智能伙伴和生活助手。
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Ⅳ 大厂为何纷纷开始制造机器狗
大厂为何纷纷开始制造机器狗
大厂为何纷纷开始制造机器狗,国外的开源让从零到一做机器狗变得简单了， 在努力通向 90 分的过程中，国内很多公司都迈出了前进的步伐。波士顿动力让四足机器人脱离了“军工”范畴，大厂为何纷纷开始制造机器狗.
1995 年，日本 NHK 将电视剧《三国演义》引进本国，引发收视高潮。和国人热爱忠肝义胆的“关帝爷”不同，日本观众最喜欢的是“多智而近妖”的诸葛亮。如果说战群儒、借东风还是政治智慧，六出祁山用古代机器人“木牛流马”运输军资，确是极致的魔幻时刻。
二十五年后的春节联欢晚会上，几十只戴着牛头装饰的宇树科技“机器狗”走上舞台，给大家拜年，第一次让普罗大众认识了这些憨态可掬的“四脚兽”。
今年 8 月，小米新品发布会上，公司创始人雷军曝光了团队智能军团的新成员 CyberDog“铁蛋”，一只灰色的机器狗，而 9999 元的价格，也让人们意识到，这些看起来像是实验室里的产品，就要像普通宠物狗一样，走进人们的生活。
小米铁蛋
什么样的原因，让四足机器人在短短几年内就从数十万的实验室明星，变成四位数的数字玩具？而除了翻跟头和在舞台上卖萌，四足机器人又有怎样的使用场景？
机器狗从哪来
上世纪 60 年代，世界仍处于冷战铁幕之中时，美国通用电气公司设计师 Mosher 在机动系统实验室设计了一辆名为 Walking Truck 的机器马，驾驶者可以通过人工操作指令杆来控制机器的液压驱动系统，实现该机器马抬腿、迈步以及跨越障碍等动作。
这匹“机器马”被认为是第一台真正意义上的现代四足机器人。
二十一年后，麻省理工学院（MIT）的 Marc Raibert 于 1986 年开发出第一台能实现动态稳定的四足机器人，并于 1992 年成立了公司，这就是后来震惊业界的波士顿动力 Boston Dynamics。在被谷歌收至麾下之前，支持波士顿动力的是它唯一的客户——美国军方。
2016 年 6 月，波士顿动力发布一条机器狗的运动视频，仅有 25 公斤的 Spot Mini 外形更加小巧，增添了机械臂的它可以灵敏操控物体，该视频迅速传遍全网，堪比 AlphaGo 以一己之力掀起 AI 狂潮。波士顿动力的机器狗视频，也让人们意识到，这些之前傻大黑粗的“军工”用品，同样可以做得比较“迷你”，机动灵活。
波士顿动力Spotmini
也正是在 2016 年左右，宇树 Unitree、云深处等国内团队也选择四足机器人作为创业方向。不过，当时他们可能没有意识到，五年后的现在，四足机器人会成为新风口。
尽管波士顿动力让机器狗成为 YouTube 网红，但是真正推动四足机器人生态发展的，其实是孵化出波士顿动力的 MIT。
2018 年 9 月，MIT Biomimetic Robotics Lab 成员 Benjamin Katz 在他的硕士论文中，开源了 MIT Cheetah Mini 电机驱动器，连接 12 个电机与机载电脑的中心板（SPIne）的代码和硬件。一个月后，Katz 又开源了在 Cheetah Mini 上运行的所有代码。至此，MIT Cheetah Mini 所有软件、硬件开源。
除了 MIT 开源的 Mini Cheetah，机器人领域还有另一个关键的开源项目——ROS（机器人操作系统）。该项目由斯坦福大学人工智能实验室孵化，主要功能是使机器人软件的开发实现模块化，不再需要重新设计框架，而且支持 C++、Python、LISP 等多种语言。
硬件组模和控制系统的开发一直是“机器狗”研发过程中最核心的难点，国外的开源提供了更为完整的技术和解决方案，进入四足机器狗领域的门槛大大降低了。
宇树科技创始人王兴兴告诉极客公园：“原本的入门门槛比较高，现在相当于是上手做一个东西出来的门槛变低了。”
当然，即便硬件和软件系统已经开源，但是要做出好的产品，依然要看团队的能力。
“机器狗研发的主要难度在于对腿部动作的控制，如何感知外界环境后寻找落足点，让机器狗的步态更为流畅、稳定”，从事足式机器人研究的博士生纵怀志在个人公众号“四足驿站”中这样总结国内外机器狗的研发现状。他向极客公园介绍到：“机器狗控制算法框架难以精确建模，其中涉及了大量的数学公式和未知变量，因此研发过程中需要大量时间和数据的积累。”
“国外的开源让从零到一做机器狗变得简单了，原本 60 分的机器狗现在可能达到 80 分了，但是要想继续达到 90 分，还是要看自主研发能力的提升，这是一个系统工程。”
在努力通向 90 分的过程中，国内很多公司都迈出了前进的步伐。
蔚蓝智能科技公司曾公布关于电机、机器腿、快充等方面的专利技术，宇树推出的`全球首款消费级机器狗核心传感器、电机及减速器等核心零部件均为自主研发。
“目前，我们的迭代速度其实比国外要快，宇树过去五年几乎每一两年都会有新的产品出来。”王兴兴说道。
宇树科技Unitree Robotics
消费者何时能“领狗”回家？
波士顿动力让四足机器人脱离了“军工”范畴，但是机器狗们接下来的前路仍不明晰。专业人士认为，目前的机器狗行业很像十年前的无人机行业——学术界有了成型的控制理论，工业界也有了一定的案例，但如何商用还无人知晓。
作为领头羊的波士顿动力，虽然机器人表现超群，但也没有找到合适的应用场景，目前仅有探测、安防等 B 端领域有所尝试。同时，由于投入巨大但是回报不足，波士顿动力先后被谷歌转手给软银，后又被卖给现代集团。
在国内，小米“铁蛋”的 9999 元定价，已经将动辄数万美元的四足机器人定价打到“骨折”；宇树科技也已经推出面向 C 端的万元左右的产品。和前途未明的 B 端相比，C 端消费电子的定位，显然更加“性感”，这也催生了近年来风投机构对于四足机器人公司的投资热潮。
不过，虽然价格下来了，但机器狗距离真正进入普通消费者家中，可能还有很长时间。
首先是安全问题，小米的工程师认为“目前机器狗的重量、奔跑速度设置太快的话，很容易造成安全上的问题。”
为了避免出现机器狗在全速前进时撞到人的情况，小米的“铁蛋”有一个“卧倒”功能，即在危急关头，机器狗可以迅速断电，立即趴下。
其次是随着“机器狗”曝光的增多，消费者们对于这个新兴产品的预期也在不断提升。当仅仅是“好玩”“有趣”无法再吸引人们的目光时，对于四足机器人的情感需求将进一步展现，而这也将对四足机器人的 AI 交互能力提出更高的挑战。
目前阶段，“铁蛋”结合了小米“小爱同学”的 AI 能力，可以被看成是一个“行走的智能音箱”，用户能够通过语音来控制机器狗的动作，同时控制灯、电视等物联网设备。
机器狗背后的“野心”
虽然目前四足机器人真正落地 C 端还有难度，但不妨碍像小米、小鹏汽车、腾讯这样的公司纷纷入局，因为巨头看重的是机器人背后更广阔的智能市场。
不久前的特斯拉 AI 日上，由人扮演的“欢脱”的 Tesla Bot 看起来像是狂人马斯克开的一个玩笑，但事实上机器人或许是智能汽车领域的下一个“圣杯”。
小鹏“机器马”
机器人开发与自动驾驶技术之间确实有很多相似之处。两者都是电池供能、电机驱动、软件赋能，车企在视觉感知、激光雷达方面需要的感知决策能力在机器人身上同样需要，机器人未来发展所必需的人机交互能力。
小米集团智能办公事业部总经理透露“铁蛋”项目的初衷是“从长远来看，我们是想为未来的智能制造、还有汽车储备人才，积累一些基本的技术和算法。”
不过，虽然四足机器人看起来比智能汽车要小很多，但其实它所需要具备的技术，要比现在仍在进化的自动驾驶技术更难。因为自动驾驶所处的公路环境，依然有比较严格的交通规则可以作为训练依据。而一只机器狗如果进入家庭和小区，它所要面对的环境，要比智能汽车的公路环境复杂很多，毕竟在家庭环境中，人们走路不用打转向灯，也不会有交通标识来提示机器狗。
从这方面来看，现在的四足机器人，可能很难驾驭较为复杂的环境，距离真正进入家庭还有一段距离。
但是，当下的四足机器人作为一个机器人平台，仍然有机会找到其应用空间。
2018 年，在亚马逊组织的 MARS 大会上，贝佐斯和波士顿动力机器狗的合影，就让人们意识到，四足机器人是一个非常酷的玩具。而当国内机器狗的价格做到万元级别时，能耍酷“溜狗”的就不仅是世界首富了。
如果是相对简单的环境中，四足机器人也可能成为一个很好的陪伴或者伴随机器人。例如宇树科技的机器狗可以跟着用户一起跑步，甚至帮主人“驮”着饮料；“铁蛋”则能发挥智能音箱的作用，给主人提供有用的信息，这都是目前四足机器人能够胜任的场景。
9月17日，在2021 世界计算大会“计算创新与数字赋能”专题展上，两只“机器狗”和两只“机器牛”的表演吸引了不少参会者的关注，它们能跳舞、空翻、打滚 ，不仅形态可爱，还具有安保、科研教育、二次开发、陪伴看护等多种功能，成了现场的“明星”。
四足机器人“犇犇”像牛，身着中国风的外衣，喜庆十足。它曾在牛年春晚表演过舞蹈，是家喻户晓的“明星”。另外两台四足机器人的外形则像机械狗，别看它遇到小观众就迈起小碎步卖萌，其实它不仅能上楼下坡，还背着摄像头和雷达传感器，能帮助人类在危险的场所进行巡检。
据现场工作人员介绍，这款四足机器人内部有电机、减速器、控制器、传感器等部件，自主研发的技术使其具备小巧灵活、爆发力强等特点。每个机器人重量有10公斤，成年人可以轻易提起，但放下后它的奔跑速度可达到3.3米每秒，同时因搭载多个传感器，四足机器人被赋予了无限可能，比如自动跟随等功能都能轻易完成。
作为一个搭载高性能实时主控系统、力控伺服驱动器、全动力学优化算法、激光雷达定位导航算法等硬核技术的机器人，“犇犇”远不止会卖萌，它的“大脑”也越来越聪明。
比如，搭载了雷达测距及图传功能后，它能主动躲避障碍，并自主跟随前方目标，还能跑步搬东西。现场一位女孩打趣道：“要是带它出门逛街，男朋友也省了。”
记者了解到，根据应用场景装上“最强大脑”的四足机器人，即可拥有“眼观六路，随机应变”的超强本领，在危险搜救、医疗救援、家庭陪护等领域拥有广阔商用前景。
在2021 世界计算大会上，通过算力赋能的智慧汽车、视频AI等多款黑科技产品都在专题展上亮相。如今，“计算”已渗入我们的生活，无人驾驶、AI智能、智能家居、智能医疗……这些通过“计算”而实现的“黑科技”正介入生活的方方面面。全媒体记者 吴鑫矾