看點：一位4歲「新深圳人」的小傳：做志願者，當演員，登臺深圳特區40周年晚會！
智東西10月20日消息，近日，「逐夢·先行——慶祝深圳經濟特區建立40周年文藝晚會」（以下簡稱深圳特區40周年晚會）在深圳大劇院圓滿落下帷幕，在這場總時長100分鐘的晚會中，除了展現深圳一路先行先試、開拓前行的歷程外，還有誕生在新時代的「深圳人」Walker機器人的活力亮相。「我誕生在新時代的深圳，深圳人忙碌的身影中也有我一個……我們的宗旨是以人民為中心，為人民服務！」隨著稚嫩的聲音傳來，鏡頭聚焦到這位新時代的「深圳人」——優必選Walker機器人的身上。作為優必選科技自主研發的一款大型仿人服務機器人，Walker於2016年正式立項研發，是一位「土生土長的深圳人」。
▲Walker在晚會的《來了就是深圳人》、《以人民為中心》和《向未來先行》中登場
可不能小瞧了這位僅有4歲的「新時代深圳人」，之前智東西也多次關注報導過Walker機器人，它身高1.45米，具備優良的硬體素質、卓越的運動能力及AI交互表現，不僅有36個高性能伺服關節以及力覺反饋系統，還擁有視覺、聽覺和平衡等全方位的感知系統，結合AI技術，Walker可以平穩快速的行走，靈活精準的操作。目前，Walker具備8大技能：複雜地形靈活行走、自平衡能力、手眼協調操作、全身柔性安全交互、U-SLAM導航避障、人臉/物體/場景識別、多模態交互、智能家居控制。經過多次版本迭代，2019年，Walker新一代在美國CES展一經亮相，就在國際舞臺上頗受關注，成為中國人形機器人技術實力的代表，與美國波士頓動力的Atlas、Agility Robotics的Cassie、日本豐田的T-HR3、本田的E2-DR一同被國際知名機器人專業媒體《The Robot Report》評為全球值得關注的5大人形機器人，這也是榜單中唯一一個由中國企業自主研發的人形機器人。2019年春晚，6臺Walker亮相深圳分會場，也是全球大型仿人服務機器人首次在大型晚會上展示集體舞蹈。2019年的Walker就已經掩飾不住自己的「魅力」，在全國乃至全球大放光彩，那麼2020年長大一歲的Walker又給我們帶來了哪些驚喜？隨著Walker技術的不斷升級，未來它是否能如願「走進千家萬戶」？通過對話優必選科技Walker產品負責人謝錚，我們試圖還原更多Walker 「大放光彩」背後的故事；通過對Walker技術升級的深入挖掘，我們也更深入了解到Walker未來產業化落地的模式和路徑。
攻破7大技術難題，致敬深圳特區建立40周年高科技是深圳的特色，在慶祝深圳經濟特區建立40周年文藝晚會中，Walker化身新時代深圳人，和很多「新深圳人」一起「應聘工作」， 「擼起袖子加油幹」，以社區服務者的身份為人民服務，與舞蹈演員共舞……這喻示著深圳的未來將更具想像力，也展現了深圳作為創意之都、科技之城的魅力與風採。觀眾記住了溫暖人心、表情豐富、動作流暢的Walker機器人，而它們完成這些動作背後的技術難度卻鮮有人知。
從6月底接到演出任務，到10月14號晚會正式演出，而後連續順利加演6場。彩排場地變換、燈光條件複雜、走位多次變化……舞臺上遇到的問題複雜多樣，即使是人類演員都需要經過無數次的彩排才能達到完美的舞臺呈現。
優必選科技項目團隊成員為了讓Walker呈現出完美的效果，進行了數十個通宵達旦的開發和調試，完成了多項技術攻堅，努力讓Walker在舞臺上從「讓導演最不放心的角色到最放心的角色」。而在這次項目中攻克的新技術，也為優必選科技為Walker的升級以及人形機器人的發展增添了技術儲備。
這次演出任務給項目團隊帶來的第一個挑戰就是，如何在舞臺複雜光影環境下保證機器人大範圍長距離行走後的精準定位。謝錚告訴智東西：「現場的燈光條件非常複雜，1700多平米的LED屏、非常多的強光照射，以及機器人退場時舞檯燈光黑暗的場景，甚至舞蹈演員的穿插活動都對機器人行走定位的精確度要求非常高。」
優必選科技本身具有視覺定位的技術儲備，可以讓Walker通過自身的攝像頭識別周圍環境的特徵，建立環境地圖，從而推斷出自身的精確位置。但傳統視覺定位的基本前提是光照緩慢變化，在舞臺環境下傳統技術的定位效果會大打折扣。謝錚說，針對這一問題，Walker團隊進行了一些技術調研，並與導演組進行溝通，最終選用了紅外相機的方案，舞檯燈光中的紅外波段光源非常微弱，因此紅外相機有非常好的抗光幹擾能力。同時，Walker團隊還採用了定位精度較高的特殊標誌物定位技術，這種標誌物在外部強光或者黑暗環境中都能被紅外相機精準識別。此外，這一項目採用了多個標誌物融合定位，既提高了定位精度，又提高了定位的穩定性和冗餘度，保證表演不會因為定位錯誤而出現故障。在《向未來先行》節目中，Walker與歌手以及舞蹈演員共同完成了一個歌舞節目的表演，為了在這個表演中呈現完美的舞臺效果，深圳特區40周年晚會的導演對機器人的表演提出了更高的要求，包括與舞蹈演員走圓轉圈、相互交叉穿行等等。
在大型舞臺的複雜環境中，無論是人，還是機器人的走位都有嚴格要求，否則就會出現碰撞等風險。為此，優必選科技項目團隊開發了通過腳印規劃的導航技術保證機器人之間的相對距離以及準確點位。而多個機器人隊形變換需要機器人編隊在時間和空間上具備一致性，這樣機器人才能呈現整齊一致的步伐和協調的行走路線。為了快速應對導演頻繁的需求變化，團隊開發了參數化的路徑規劃技術。通過這一技術，Walker能夠按照給定的路徑點和時間自行生成步行參數，快速適應新路徑並及時做好應急備份。機器人定位和行走導航規劃的問題解決了，但受地面打滑、關節誤差等影響還是會帶來行走誤差。為了保證機器人能精準按照舞蹈路逕行走，團隊還需要解決實時步態糾偏的技術問題。最終項目團隊通過引入視覺的定位信息，對機器人的步長、步寬和偏航角進行了全方位的調整，完成機器人全局位姿閉環，實現了規劃路徑準確跟蹤。
4、 基於任務級分層的數據預處理、信息融合與全身協調規劃在晚會中，Walker在舞臺上有長達數分鐘的表演動作，生成這些動作的軌跡並進行優化需要極大的計算量。為了保證機器人動作的同步性，Walker在舞臺上表演舞蹈動作前會預先完成整體舞蹈動作的規劃計算，通過數據預處理的方式計算優化動作軌跡，以保證臺上所有的機器人能夠同步順暢地完成所有動作。在《以人民為中心》節目的社區服務場景中，Walker一氣呵成完成了倒水遞給小朋友的任務，這一系列動作看似簡單，卻包含了很多技術細節。
由於每次桌子擺放位置和機器人走位都會有誤差，機器人需要通過視覺識別與定位找到抓取水杯的空間位姿，預計算與判斷Walker雙臂對於水杯抓取的操作空間可達性。如果系統預判Walker無法準確抓到水杯，Walker將通過任務級處理進行步態重新規劃以及全身協調規劃，以此滿足整體的操作任務。謝錚對智東西說，機器人抓握水杯考驗的不止是機器人手的安全性，還有機器人手臂的安全性。當機器人需要抓住特定的物體比如杯子時，團隊會給機器人設置一定的抓握力，這樣機器人就可以用適當的力度抓住物體。又因為Walker是具備力感知性能的，因此只有當Walker感知到有人能夠拿走杯子時，才會將手鬆開，不至於將杯子掉落。舞臺現場有較為複雜的無線信號環境，如何保證所有機器人都能同步收到啟動信號並精確地配合音樂協同運動，成為了擺在團隊面前的一大難題。由於機器離線，無法通過網絡同步時間，各個機器人的時鐘基準會有一定差異；並且集控命令發送、空中傳輸和數據接收處理需要耗時，在不同機器人上又會產生時間差；而且Walker需要串行執行多個任務，每臺機器命令響應和執行單一任務的時間不盡相同，以上這些問題都需要團隊去克服。最後，團隊提出了一個方案，即通過兩次「預約」解決同步問題。這一方案可以屏蔽集控命令數據傳輸、機器系統時間不同步、單一任務執行時長不一致等問題，保證了多機任務調度的同步性。舞臺現場複雜多變，每次演員走位、道具擺放位置、燈光強弱都不一樣，因此機器人在舞臺表演時需要確保可靠性。為此，團隊開發了一個「觀察者」節點，負責實時監控整個任務的執行狀態，一旦發現故障就能及時找到對應的預配置修複方案立即自動嘗試修復。這種方案無需人工幹預，能夠更及時可靠地進行相應，也就相應能保證演出任務的順利進行。為了呈現出更好的演出，深圳特區40周年晚會的彩排輾轉過不同的地方，這也就要求團隊必須讓機器人的動作流程儘量通用化，適用於不同彩排場景。而到了最後一站——深圳大劇院現場彩排時，導演決定為了呈現更好的效果，曾經提出希望將舞臺整體傾斜，這一提議給項目團隊帶來了很大的考驗。為了緊急解決這一難題，項目團隊當下抽調中堅力量緊急攻克大型仿人機器人姿態控制、腳踝柔順與本體位置控制的綜合應用，解決了Walker在7-8°斜面上全向行走的問題。儘管最終正式的演出現場依舊使用的是水平舞臺，但這一「斜坡」考驗使得Walker能夠更加靈活地適應不同地形，為走出實驗室環境進一步奠定了基礎。除了技術動作的升級外，項目團隊還為Walker登上舞臺設計了新動作、新表情、新形象。Walker在舞臺上挺胸、擼袖子、踮腳、甩頭，配合場景表現出不同表情，依據歌曲同步卡點跳舞……不得不說真有點孩子們登上大舞臺，向著家長昂首挺胸「炫耀」的樣子。
四年從零到登上各大重要舞臺， Walker機器人的大夢想Walker的研發緣起於2015年，從那時起，優必選科技就與清華大學在智能人形機器人系統平臺及其關鍵技術研究方面展開了合作。
▲從左至右依次為原型機、Walker第一代、Walker新一代2016年3月，優必選科技決定立項研發雙足機器人。2018年1月，Walker第一代在當年的CES（國際消費電子展）上成功展示了上下樓梯、全向行走、跳舞、尋球踢球、自主導航等多種運動和感知決策能力。在2019年1月的CES上，優必選科技發布了Walker新一代，在前一代的基礎上增加了靈活的雙臂和靈巧的雙手。謝錚說，像Walker這樣的大型仿人服務機器人不僅可以在室內進行大範圍的自由活動，還能藉助雙臂為人類提供服務。隨著人工智慧和機器人技術的不斷發展和進步， 未來Walker這樣的機器人可以成為家庭管家，為你提供各種服務，也能擔任家庭教師為孩子輔導功課等，成為家中不可缺少的一員。目前，Walker機器人已經面向高校、科研機構、科技館、展覽館等相關方展開合作和應用。就在10月20號，杜拜世博會中國館組委會宣布，優必選科技成為2020年杜拜世博會中國館官方合作夥伴，也是官方唯一智慧機器人合作夥伴。杜拜世博會中國館將首次採用由優必選科技自主研發的Walker機器人擔任「智能導覽講解員」，介紹中國在航天等領域最為頂尖的科技成果，提升世博會全球觀眾的參觀體驗，向世界展示中國智造與科技創新的硬實力。此外，Walker在人工智慧和機器人各項技術上實現的突破，也進一步反哺優必選科技在不同領域的商業化落地應用，並保證其在行業內的技術領先性，包括人工智慧教育、商業服務、安防巡邏、巡檢、公共衛生防疫等領域，優必選科技推出了一站式的機器人產品和解決方案。
結語：機器人正在走進各行各業從智能音箱到家庭服務機器人，從智能中控到機器人中控，機器人的應用場景早已不再單一，機器人正在逐漸走進各個領域。雖然目前市場上還是小型輪式機器人居多，但優必選Walker技術的飛速升級為我們提供了一種新的可能性，未來，更能適應人類生存環境的人形機器人可能將進入我們的生活。正如優必選科技創始人、董事長兼CEO周劍所說：「想要未來，就不要怕做『白日夢』。永遠都不要拒絕那些看似荒誕不經的『奇思妙想』，而是要去驗證它、實踐它。」想像一下未來，當某天走到家門口，會不會有一位機器人管家提前開好門，迎接你的歸來。（本文系網易新聞•網易號特色內容激勵計劃籤約帳號【智東西】原創內容，未經帳號授權，禁止隨意轉載。）