智东西（公众号：zhidxcom）
文 | 信仪

智东西10月20日消息，近日，“逐梦·先行——庆祝深圳经济特区建立40周年文艺晚会”（以下简称深圳特区40周年晚会）在深圳大剧院圆满落下帷幕，在这场总时长100分钟的晚会中，除了展现深圳一路先行先试、开拓前行的历程外，还有诞生在新时代的“深圳人”Walker机器人的活力亮相。

“我诞生在新时代的深圳，深圳人忙碌的身影中也有我一个……我们的宗旨是以人民为中心，为人民服务！”

随着稚嫩的声音传来，镜头聚焦到这位新时代的“深圳人”——优必选Walker机器人的身上。作为优必选科技自主研发的一款大型仿人服务机器人，Walker于2016年正式立项研发，是一位“土生土长的深圳人”。

▲Walker在晚会的《来了就是深圳人》、《以人民为中心》和《向未来先行》中登场

可不能小瞧了这位仅有4岁的“新时代深圳人”，之前智东西也多次关注报道过Walker机器人，它身高1.45米，具备优良的硬件素质、卓越的运动能力及AI交互表现，不仅有36个高性能伺服关节以及力觉反馈系统，还拥有视觉、听觉和平衡等全方位的感知系统，结合AI技术，Walker可以平稳快速的行走，灵活精准的操作。

目前，Walker具备8大技能：复杂地形灵活行走、自平衡能力、手眼协调操作、全身柔性安全交互、U-SLAM导航避障、人脸/物体/场景识别、多模态交互、智能家居控制。

经过多次版本迭代，2019年，Walker新一代在美国CES展一经亮相，就在国际舞台上颇受关注，成为中国人形机器人技术实力的代表，与美国波士顿动力的Atlas、Agility Robotics的Cassie、日本丰田的T-HR3、本田的E2-DR一同被国际知名机器人专业媒体《The Robot Report》评为全球值得关注的5大人形机器人，这也是榜单中唯一一个由中国企业自主研发的人形机器人。

2019年春晚，6台Walker亮相深圳分会场，也是全球大型仿人服务机器人首次在大型晚会上展示集体舞蹈。

2019年的Walker就已经掩饰不住自己的“魅力”，在全国乃至全球大方光彩，那么2020年长大一岁的Walker又给我们带来了哪些惊喜？随着Walker技术的不断升级，未来它是否能如愿“走进千家万户”？

通过对话优必选科技Walker产品负责人谢铮，我们试图还原更多Walker “大放光彩”背后的故事；通过对Walker技术升级的深入挖掘，我们也更深入了解到Walker未来产业化落地的模式和路径。

一、攻破7大技术难题，致敬深圳特区建立40周年

高科技是深圳的特色，在庆祝深圳经济特区建立40周年文艺晚会中，Walker化身新时代深圳人，和很多“新深圳人”一起“应聘工作”， “撸起袖子加油干”，以社区服务者的身份为人民服务，与舞蹈演员共舞……这喻示着深圳的未来将更具想象力，也展现了深圳作为创意之都、科技之城的魅力与风采。观众记住了温暖人心、表情丰富、动作流畅的Walker机器人，而它们完成这些动作背后的技术难度却鲜有人知。

从6月底接到演出任务，到10月14号晚会正式演出，而后连续顺利加演6场。彩排场地变换、灯光条件复杂、走位多次变化……舞台上遇到的问题复杂多样，即使是人类演员都需要经过无数次的彩排才能达到完美的舞台呈现。

优必选科技项目团队成员为了让Walker呈现出完美的效果，进行了数十个通宵达旦的开发和调试，完成了多项技术攻坚，努力让Walker在舞台上从“让导演最不放心的角色到最放心的角色”。而在这次项目中攻克的新技术，也为优必选科技为Walker的升级以及人形机器人的发展增添了技术储备。

1、 复杂光影环境下的视觉精准定位

这次演出任务给项目团队带来的第一个挑战就是，如何在舞台复杂光影环境下保证机器人大范围长距离行走后的精准定位。

谢铮告诉智东西：“现场的灯光条件非常复杂，1700多平米的LED屏、非常多的强光照射，以及机器人退场时舞台灯光黑暗的场景，甚至舞蹈演员的穿插活动都对机器人行走定位的精确度要求非常高。”

▲Walker在复杂的光影环境下起舞

优必选科技本身具有视觉定位的技术储备，可以让Walker通过自身的摄像头识别周围环境的特征，建立环境地图，从而推断出自身的精确位置。但传统视觉定位的基本前提是光照缓慢变化，在舞台环境下传统技术的定位效果会大打折扣。

谢铮说，针对这一问题，Walker团队进行了一些技术调研，并与导演组进行沟通，最终选用了红外相机的方案，舞台灯光中的红外波段光源非常微弱，因此红外相机有非常好的抗光干扰能力。

同时，Walker团队还采用了定位精度较高的特殊标志物定位技术，这种标志物在外部强光或者黑暗环境中都能被红外相机精准识别。此外，这一项目采用了多个标志物融合定位，既提高了定位精度，又提高了定位的稳定性和冗余度，保证表演不会因为定位错误而出现故障。

2、 大型舞台行走导航及队形变换

在《向未来先行》节目中，Walker与歌手以及舞蹈演员共同完成了一个歌舞节目的表演，为了在这个表演中呈现完美的舞台效果，深圳特区40周年晚会的导演对机器人的表演提出了更高的要求，包括与舞蹈演员走圆转圈、相互交叉穿行等等。

▲Walker在《向未来前行》节目中完成舞蹈表演

在大型舞台的复杂环境中，无论是人，还是机器人的走位都有严格要求，否则就会出现碰撞等风险。为此，优必选科技项目团队开发了通过脚印规划的导航技术保证机器人之间的相对距离以及准确点位。

而多个机器人队形变换需要机器人编队在时间和空间上具备一致性，这样机器人才能呈现整齐一致的步伐和协调的行走路线。为了快速应对导演频繁的需求变化，团队开发了参数化的路径规划技术。通过这一技术，Walker能够按照给定的路径点和时间自行生成步行参数，快速适应新路径并及时做好应急备份。

3、 基于定位信息的实时全方位步态闭环调整

机器人定位和行走导航规划的问题解决了，但受地面打滑、关节误差等影响还是会带来行走误差。为了保证机器人能精准按照舞蹈路径行走，团队还需要解决实时步态纠偏的技术问题。

最终项目团队通过引入视觉的定位信息，对机器人的步长、步宽和偏航角进行了全方位的调整，完成机器人全局位姿闭环，实现了规划路径准确跟踪。

4、 基于任务级分层的数据预处理、信息融合与全身协调规划

在晚会中，Walker在舞台上有长达数分钟的表演动作，生成这些动作的轨迹并进行优化需要极大的计算量。

为了保证机器人动作的同步性，Walker在舞台上表演舞蹈动作前会预先完成整体舞蹈动作的规划计算，通过数据预处理的方式计算优化动作轨迹，以保证台上所有的机器人能够同步顺畅地完成所有动作。

在《以人民为中心》节目的社区服务场景中，Walker一气呵成完成了倒水递给小朋友的任务，这一系列动作看似简单，却包含了很多技术细节。

▲Walker在服务场景中为小朋友倒水

由于每次桌子摆放位置和机器人走位都会有误差，机器人需要通过视觉识别与定位找到抓取水杯的空间位姿，预计算与判断Walker双臂对于水杯抓取的操作空间可达性。如果系统预判Walker无法准确抓到水杯，Walker将通过任务级处理进行步态重新规划以及全身协调规划，以此满足整体的操作任务。

谢铮对智东西说，机器人抓握水杯考验的不止是机器人手的安全性，还有机器人手臂的安全性。当机器人需要抓住特定的物体比如杯子时，团队会给机器人设置一定的抓握力，这样机器人就可以用适当的力度抓住物体。又因为Walker是具备力感知性能的，因此只有当Walker感知到有人能够拿走杯子时，才会将手松开，不至于将杯子掉落。

5、 基于绝对时间的多机任务同步调度

舞台现场有较为复杂的无线信号环境，如何保证所有机器人都能同步收到启动信号并精确地配合音乐协同运动，成为了摆在团队面前的一大难题。

由于机器离线，无法通过网络同步时间，各个机器人的时钟基准会有一定差异；并且集控命令发送、空中传输和数据接收处理需要耗时，在不同机器人上又会产生时间差；而且Walker需要串行执行多个任务，每台机器命令响应和执行单一任务的时间不尽相同，以上这些问题都需要团队去克服。

最后，团队提出了一个方案，即通过两次“预约”解决同步问题。这一方案可以屏蔽集控命令数据传输、机器系统时间不同步、单一任务执行时长不一致等问题，保证了多机任务调度的同步性。

6、 可配置策略的任务故障检测及自修复

舞台现场复杂多变，每次演员走位、道具摆放位置、灯光强弱都不一样，因此机器人在舞台表演时需要确保可靠性。为此，团队开发了一个“观察者”节点，负责实时监控整个任务的执行状态，一旦发现故障就能及时找到对应的预配置修复方案立即自动尝试修复。

这种方案无需人工干预，能够更及时可靠地进行相应，也就相应能保证演出任务的顺利进行。

7、 斜坡地面自适应全向行走

为了呈现出更好的演出，深圳特区40周年晚会的彩排辗转过不同的地方，这也就要求团队必须让机器人的动作流程尽量通用化，适用于不同彩排场景。

而到了最后一站——深圳大剧院现场彩排时，导演决定为了呈现更好的效果，曾经提出希望将舞台整体倾斜，这一提议给项目团队带来了很大的考验。

为了紧急解决这一难题，项目团队当下抽调中坚力量紧急攻克大型仿人机器人姿态控制、脚踝柔顺与本体位置控制的综合应用，解决了Walker在7-8°斜面上全向行走的问题。

尽管最终正式的演出现场依旧使用的是水平舞台，但这一“斜坡”考验使得Walker能够更加灵活地适应不同地形，为走出实验室环境进一步奠定了基础。

除了技术动作的升级外，项目团队还为Walker登上舞台设计了新动作、新表情、新形象。

Walker在舞台上挺胸、撸袖子、踮脚、甩头，配合场景表现出不同表情，依据歌曲同步卡点跳舞……不得不说真有点孩子们登上大舞台，向着家长昂首挺胸“炫耀”的样子。

▲Walker在舞台上依照演出情境展示不同表情

二、四年从零到登上各大重要舞台， Walker机器人的大梦想

Walker的研发缘起于2015年，从那时起，优必选科技就与清华大学在智能人形机器人系统平台及其关键技术研究方面展开了合作。

▲从左至右依次为原型机、Walker第一代、Walker新一代

2016年3月，优必选科技决定立项研发双足机器人。

2017年7月，第一台Walker样机交付。

2018年1月，Walker第一代在当年的CES（国际消费电子展）上成功展示了上下楼梯、全向行走、跳舞、寻球踢球、自主导航等多种运动和感知决策能力。

在2019年1月的CES上，优必选科技发布了Walker新一代，在前一代的基础上增加了灵活的双臂和灵巧的双手。

谢铮说，像Walker这样的大型仿人服务机器人不仅可以在室内进行大范围的自由活动，还能借助双臂为人类提供服务。随着人工智能和机器人技术的不断发展和进步， 未来Walker这样的机器人可以成为家庭管家，为你提供各种服务，也能担任家庭教师为孩子辅导功课等，成为家中不可缺少的一员。

目前，Walker机器人已经面向高校、科研机构、科技馆、展览馆等相关方展开合作和应用。

就在10月20号，迪拜世博会中国馆组委会宣布，优必选科技成为2020年迪拜世博会中国馆官方合作伙伴，也是官方唯一智能机器人合作伙伴。迪拜世博会中国馆将首次采用由优必选科技自主研发的Walker机器人担任“智能导览讲解员”，介绍中国在航天等领域最为顶尖的科技成果，提升世博会全球观众的参观体验，向世界展示中国智造与科技创新的硬实力。

此外，Walker在人工智能和机器人各项技术上实现的突破，也进一步反哺优必选科技在不同领域的商业化落地应用，并保证其在行业内的技术领先性，包括人工智能教育、商业服务、安防巡逻、巡检、公共卫生防疫等领域，优必选科技推出了一站式的机器人产品和解决方案。

结语：机器人正在走进各行各业

从智能音箱到家庭服务机器人，从智能中控到机器人中控，机器人的应用场景早已不再单一，机器人正在逐渐走进各个领域。

虽然目前市场上还是小型轮式机器人居多，但优必选Walker技术的飞速升级为我们提供了一种新的可能性，未来，更能适应人类生存环境的人形机器人可能将进入我们的生活。

正如优必选科技创始人、董事长兼CEO周剑所说：“想要未来，就不要怕做‘白日梦’。永远都不要拒绝那些看似荒诞不经的‘奇思妙想’，而是要去验证它、实践它。”

想象一下未来，当某天走到家门口，会不会有一位机器人管家提前开好门，迎接你的归来。