宇樹(shù)機(jī)器人：“芭蕾舞者”31個(gè)關(guān)節(jié)自由度

　　日前，宇樹(shù)科技公開(kāi)了新品預(yù)熱海報(bào)（見(jiàn)下圖），這款即將發(fā)布的人形機(jī)器人以“芭蕾舞者”形象示人——寬肩窄腰，體形纖長(zhǎng)，正踮著腳尖似乎要翩翩起舞。

　　此番首次亮相的“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度”，是宇樹(shù)科技人形機(jī)器人此前從未達(dá)到過(guò)的。

　　機(jī)器人有時(shí)給人以“笨重”之感，而此次海報(bào)上，Agile（敏捷的）和Elegant（優(yōu)雅的）兩個(gè)簡(jiǎn)潔的單詞引人矚目。

　　身高180厘米、兼具敏捷和優(yōu)雅的人形機(jī)器人，會(huì)是怎樣的？解放日?qǐng)?bào)記者專(zhuān)訪(fǎng)了機(jī)器人專(zhuān)家、上海大學(xué)國(guó)家級(jí)工程訓(xùn)練示范中心主任郭帥教授。

　　關(guān)節(jié)自由度是否越多越好

　　在談?wù)?a target="_blank" >人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度時(shí)，不妨先來(lái)看看人體有多少關(guān)節(jié)自由度。

　　在人體解剖學(xué)和生物力學(xué)中，自由度指的是一個(gè)關(guān)節(jié)在空間中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的方向數(shù)量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是關(guān)節(jié)能朝幾個(gè)方向“自由”地活動(dòng)。因?yàn)榇嬖趥€(gè)體差異，計(jì)算人體總自由度數(shù)非常復(fù)雜，且不同學(xué)者的計(jì)算方式略有不同。

　　最常被提及的答案是：一個(gè)沒(méi)有手指和腳趾細(xì)節(jié)的人體模型，其自由度總數(shù)在200到300之間。

　　一般而言，自由度高的機(jī)器人本體有更加靈活的動(dòng)作表現(xiàn)。一個(gè)仿人機(jī)器人需要分配足夠的自由度來(lái)模仿人類(lèi)的動(dòng)作，比如行走、抓取等。

　　那么，人形機(jī)器人自由度是不是越多越好？

　　“并非如此。”郭帥說(shuō)。首先要看自由度的設(shè)計(jì)與控制，這決定了機(jī)器人的靈活性和能力。如果無(wú)法精確模仿人的主要?jiǎng)幼鳎俣嘧杂啥纫彩侨哂唷Ｆ浯危闯杀九c復(fù)雜度。更多自由度，也就意味著更多的驅(qū)動(dòng)器（比如電機(jī)）、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更困難的控制算法。

　　因此，人形機(jī)器人自由度需要在功能性和復(fù)雜性之間取得平衡。這也是為何人形機(jī)器人當(dāng)前主流自由度一般為30個(gè)左右（不算靈巧手自由度）。比如，小鵬的Iron：32個(gè)；智元的靈犀X2探索版：31個(gè)；逐際動(dòng)力的LimX Oli：31個(gè)；星動(dòng)紀(jì)元的星動(dòng)L7：31個(gè)；特斯拉的擎天柱：30個(gè)；優(yōu)必選的Walker S1：29個(gè)……

　　此前，宇樹(shù)科技在春晚扭秧歌的人形機(jī)器人有19個(gè)自由度，上個(gè)月發(fā)布的第三款人形機(jī)器人R1配備26個(gè)自由度。

　　對(duì)于即將發(fā)布的“芭蕾舞者”31個(gè)關(guān)節(jié)自由度分布情況，郭帥預(yù)測(cè)“6×2+3+7×2+2”分別對(duì)應(yīng)腿、腰、臂、頸，主要增加了手臂和腰部的自由度數(shù)量，將大大提高上肢的運(yùn)動(dòng)能力。

　　值得一提的是，頸部2個(gè)自由度和腰部3個(gè)自由度的設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人能夠做出更加自然的頭部和軀干運(yùn)動(dòng)。這在與人類(lèi)互動(dòng)、情感陪伴等場(chǎng)景尤為重要，機(jī)器人能更流暢地與人類(lèi)進(jìn)行眼神交流和體態(tài)互動(dòng)。

　　“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度將給宇樹(shù)科技帶來(lái)更高的硬件平臺(tái)，加上其原先的軟件和算法能力，我們可以期待新一代機(jī)器人將擴(kuò)展出新的功能。”郭帥說(shuō)。

　　“芭蕾舞者”是否真的能像專(zhuān)業(yè)舞者一樣跳芭蕾？郭帥認(rèn)為可能性不大，因?yàn)椤澳_的自由度沒(méi)有那么高”。

　　未來(lái)會(huì)朝著更仿人的方向進(jìn)化

　　“芭蕾舞者”身高180厘米，與宇樹(shù)科技之前發(fā)布的H1都是大高個(gè)，但從海報(bào)上的剪影來(lái)看，“芭蕾舞者”在形態(tài)擬人化上有了不小的突破，線(xiàn)條更纖細(xì)、更流暢。

　　在郭帥看來(lái)，“31個(gè)關(guān)節(jié)自由度+180厘米的身高”很好地實(shí)現(xiàn)了仿生學(xué)設(shè)計(jì)理念，再加上具有“敏捷、優(yōu)雅”的身姿，這款人形機(jī)器人與相同身高的H1“工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用”不同，可能會(huì)融入服務(wù)、醫(yī)療、陪伴等復(fù)雜多變的社會(huì)場(chǎng)景，使機(jī)器人逐步走向“通用化”。

　　就像蘋(píng)果手機(jī)每年推出新版本，硬件系統(tǒng)公司的研發(fā)同樣需要小步快跑，而技術(shù)迭代往往朝著降本和提效兩個(gè)方向。宇樹(shù)科技會(huì)翻跟斗的R1一大亮點(diǎn)是降本，售價(jià)3.99萬(wàn)元起，而宇樹(shù)科技也因多次擊穿行業(yè)底價(jià)，在機(jī)器人行業(yè)被稱(chēng)為“價(jià)格屠夫”；即將發(fā)布的“芭蕾舞者”，顯然主要是在提效上下工夫。

　　“這種密集迭代反映宇樹(shù)科技的研發(fā)已進(jìn)入一個(gè)非常好的良性循環(huán)，未來(lái)人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)會(huì)朝著更仿人的方向進(jìn)化。”郭帥認(rèn)為。

　　第一個(gè)方向是自由度結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。比如肩關(guān)節(jié)要實(shí)現(xiàn)3個(gè)自由度，現(xiàn)有的技術(shù)只能裝置3個(gè)關(guān)節(jié)，未來(lái)一定是3個(gè)自由度集納在一個(gè)關(guān)節(jié)里，這時(shí)它的外形會(huì)更小巧，運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)更接近人類(lèi)。

　　第二個(gè)方向是給機(jī)器人減重。對(duì)于機(jī)器人而言，能效比是最重要的指標(biāo)。能效比越高，意味著機(jī)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搭載的都是三元鋰電池，為何前者里程可以跑得更遠(yuǎn)？主要是因?yàn)殡娍匦矢咔臆?chē)身輕了522千克。

　　一個(gè)臃腫的機(jī)器人難以做到“敏捷優(yōu)雅”。郭帥猜測(cè)，“芭蕾舞者”具有更高能效比的本體結(jié)構(gòu)，有些部件可能改用更輕的復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的生鐵或鋁，從而把自身重量降下來(lái)。此外，他估計(jì)這款機(jī)器人在減重、瘦身方面做了大量人性化設(shè)計(jì)。

　　展望未來(lái)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)有什么新機(jī)遇？

　　“當(dāng)大家都統(tǒng)一用30個(gè)左右的關(guān)節(jié)自由度時(shí)，關(guān)節(jié)就會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化，這對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)利好消息。”郭帥說(shuō)，因?yàn)楝F(xiàn)在每個(gè)關(guān)節(jié)用的電機(jī)不一樣，成本自然也高。此外，隨著人形機(jī)器人的提效，將逐步開(kāi)始真正融入人類(lèi)的生活，開(kāi)發(fā)出更多的場(chǎng)景，這對(duì)產(chǎn)業(yè)而言意味著一大波新的機(jī)會(huì)。