31个关节自由度 宇树即将发布“芭蕾舞者”机器人

　　日前，宇树科技公开了新品预热海报（见下图），这款即将发布的人形机器人以“芭蕾舞者”形象示人——宽肩窄腰，体形纤长，正踮着脚尖似乎要翩翩起舞。

　　此番首次亮相的“31个关节自由度”，是宇树科技人形机器人此前从未达到过的。

　　机器人有时给人以“笨重”之感，而此次海报上，Agile（敏捷的）和Elegant（优雅的）两个简洁的单词引人瞩目。

　　身高180厘米、兼具敏捷和优雅的人形机器人，会是怎样的？解放日报记者专访了机器人专家、上海大学国家级工程训练示范中心主任郭帅教授。

　　关节自由度是否越多越好

　　在谈论人形机器人的关节自由度时，不妨先来看看人体有多少关节自由度。

　　在人体解剖学和生物力学中，自由度指的是一个关节在空间中能够独立运动的方向数量。简单来说，就是关节能朝几个方向“自由”地活动。因为存在个体差异，计算人体总自由度数非常复杂，且不同学者的计算方式略有不同。

　　最常被提及的答案是：一个没有手指和脚趾细节的人体模型，其自由度总数在200到300之间。

　　一般而言，自由度高的机器人本体有更加灵活的动作表现。一个仿人机器人需要分配足够的自由度来模仿人类的动作，比如行走、抓取等。

　　那么，人形机器人自由度是不是越多越好？

　　“并非如此。”郭帅说。首先要看自由度的设计与控制，这决定了机器人的灵活性和能力。如果无法精确模仿人的主要动作，再多自由度也是冗余。其次，要看成本与复杂度。更多自由度，也就意味着更多的驱动器（比如电机）、更复杂的结构和更困难的控制算法。

　　因此，人形机器人自由度需要在功能性和复杂性之间取得平衡。这也是为何人形机器人当前主流自由度一般为30个左右（不算灵巧手自由度）。比如，小鹏的Iron：32个；智元的灵犀X2探索版：31个；逐际动力的LimX Oli：31个；星动纪元的星动L7：31个；特斯拉的擎天柱：30个；优必选的Walker S1：29个……

　　此前，宇树科技在春晚扭秧歌的人形机器人有19个自由度，上个月发布的第三款人形机器人R1配备26个自由度。

　　对于即将发布的“芭蕾舞者”31个关节自由度分布情况，郭帅预测“6×2+3+7×2+2”分别对应腿、腰、臂、颈，主要增加了手臂和腰部的自由度数量，将大大提高上肢的运动能力。

　　值得一提的是，颈部2个自由度和腰部3个自由度的设计，使得机器人能够做出更加自然的头部和躯干运动。这在与人类互动、情感陪伴等场景尤为重要，机器人能更流畅地与人类进行眼神交流和体态互动。

　　“31个关节自由度将给宇树科技带来更高的硬件平台，加上其原先的软件和算法能力，我们可以期待新一代机器人将扩展出新的功能。”郭帅说。

　　“芭蕾舞者”是否真的能像专业舞者一样跳芭蕾？郭帅认为可能性不大，因为“脚的自由度没有那么高”。

　　未来会朝着更仿人的方向进化

　　“芭蕾舞者”身高180厘米，与宇树科技之前发布的H1都是大高个，但从海报上的剪影来看，“芭蕾舞者”在形态拟人化上有了不小的突破，线条更纤细、更流畅。

　　在郭帅看来，“31个关节自由度+180厘米的身高”很好地实现了仿生学设计理念，再加上具有“敏捷、优雅”的身姿，这款人形机器人与相同身高的H1“工业场景应用”不同，可能会融入服务、医疗、陪伴等复杂多变的社会场景，使机器人逐步走向“通用化”。

　　就像苹果手机每年推出新版本，硬件系统公司的研发同样需要小步快跑，而技术迭代往往朝着降本和提效两个方向。宇树科技会翻跟斗的R1一大亮点是降本，售价3.99万元起，而宇树科技也因多次击穿行业底价，在机器人行业被称为“价格屠夫”；即将发布的“芭蕾舞者”，显然主要是在提效上下工夫。

　　“这种密集迭代反映宇树科技的研发已进入一个非常好的良性循环，未来人形机器人的设计会朝着更仿人的方向进化。”郭帅认为。

　　第一个方向是自由度结构会发生变化。比如肩关节要实现3个自由度，现有的技术只能装置3个关节，未来一定是3个自由度集纳在一个关节里，这时它的外形会更小巧，运动能力也会更接近人类。

　　第二个方向是给机器人减重。对于机器人而言，能效比是最重要的指标。能效比越高，意味着机器人用更少的能量就能完成更多工作。正如特斯拉Model YL和理想i8搭载的都是三元锂电池，为何前者里程可以跑得更远？主要是因为电控效率更高且车身轻了522千克。

　　一个臃肿的机器人难以做到“敏捷优雅”。郭帅猜测，“芭蕾舞者”具有更高能效比的本体结构，有些部件可能改用更轻的复合材料替代传统的生铁或铝，从而把自身重量降下来。此外，他估计这款机器人在减重、瘦身方面做了大量人性化设计。

　　展望未来，机器人产业链会有什么新机遇？

　　“当大家都统一用30个左右的关节自由度时，关节就会标准化，这对机器人产业来说是一个利好消息。”郭帅说，因为现在每个关节用的电机不一样，成本自然也高。此外，随着人形机器人的提效，将逐步开始真正融入人类的生活，开发出更多的场景，这对产业而言意味着一大波新的机会。

（文章来源：上观新闻）

Tags：