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首場機(jī)器人半程馬拉松決出冠軍,21公里賽程考驗(yàn)了哪些能力?|界面新聞 · 科技

界面新聞記者 | 李彪

界面新聞編輯 | 文姝琪

21公里,用時2個小時40分鐘,全程保持7至8公里勻速奔跑,在北京亦莊首次舉辦的人形機(jī)器人半程馬拉松比賽中,北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心旗下“天工機(jī)器人Ultra"贏得冠軍。

此次人形機(jī)器人半程馬拉松以亦莊南海子公園為起點(diǎn),通明湖信息城為終點(diǎn),總路程21.0975公里,比賽地形環(huán)境包含平地、坡道,坡道最大坡度9度,全程線路共包括6個左轉(zhuǎn)道、8個右轉(zhuǎn)道,最小轉(zhuǎn)彎角90度,考驗(yàn)機(jī)器人奔跑時轉(zhuǎn)彎的平衡能力,終點(diǎn)前還設(shè)置了一段1.5公里的直道,考驗(yàn)機(jī)器人的沖刺速度。賽事委員會賽前會為人形機(jī)器人賽隊(duì)提供線路的GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

比賽共有20支隊(duì)伍?,參賽機(jī)器人包括北京人形機(jī)器人創(chuàng)新中心旗下的天工Ultra、宇樹機(jī)器人旗下的宇樹G1、眾擎機(jī)器旗下PMOI、中科慧靈、松延動力、鈦虎機(jī)器人、華中科技大學(xué)、北京科技職業(yè)大學(xué)等高校及民間組織研發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)器人。機(jī)器人尺寸各異,尺寸最大的天工Ultra機(jī)器人身高180厘米,體重52千克,接近一個成年人的體型。最小尺寸的“小巨人機(jī)器人”身高有75厘米,重量只有10千克。

圖:視覺中國

比賽采用“人機(jī)共跑”的形式。出于安全考慮,人類馬松拉運(yùn)動員被分在賽道右側(cè),參賽機(jī)器人在左側(cè)的專用賽道內(nèi)比賽,中間以護(hù)欄隔開。按照比賽規(guī)則,包括人類領(lǐng)跑員在內(nèi),每支賽隊(duì)最多可安排3名參賽選手同時進(jìn)入賽道,現(xiàn)場大多數(shù)隊(duì)伍都是采用了“一名人類領(lǐng)跑員+一名控制員+機(jī)器人”的配置。

每臺參賽機(jī)器人必須為雙足人形,比賽過程中雙足行走或奔跑,禁用輪式結(jié)構(gòu)。據(jù)組委會介紹,各參賽隊(duì)伍采用的奔跑行進(jìn)技術(shù)大致有兩種:其一是通過控制器推動機(jī)器人前進(jìn);另一種則是采用了UWB定位技術(shù),通過引導(dǎo)員在機(jī)器人行進(jìn)路線前方給予信號,使選手完成自主通行。

7點(diǎn)30分,裁判員鳴槍示意比賽開始后,天工Ultra人型機(jī)器人率先起跑出發(fā)。比賽采用間隔出發(fā),參賽機(jī)器人依次發(fā)槍起跑,每個參賽機(jī)器人出發(fā)時間間隔1-2分鐘,保證在參賽機(jī)器人間距在1米以上。

在比賽過程中,賽道內(nèi)設(shè)置多個補(bǔ)給站,賽隊(duì)可在補(bǔ)給站內(nèi)更換電池、機(jī)器人及領(lǐng)跑員。每支參賽隊(duì)伍都配有一名隨行裁判,全程跟隨判罰。更換機(jī)器人或更換電池需要向隨行裁判示意,獲得同意后進(jìn)行換電池、更換機(jī)器人的操作。其中,換電池不停表,時間計(jì)入比賽計(jì)時,更換機(jī)器人須罰時。機(jī)器人最終的成績?yōu)楸荣愑?jì)時與罰時總和。

40分鐘左右,最先出發(fā)的“天工機(jī)器人Ultra”保持每小時8至9公里速度勻速奔跑,到達(dá)5公里補(bǔ)給站第一次更換電池,花1分鐘50秒完成換電。

比賽過程中,隊(duì)伍后的機(jī)器人都有遇上摔倒、換電、更換機(jī)器人的情況,中途還有后出發(fā)的機(jī)器人反超了前位機(jī)器人。沿途的街道與山坡上都聚集了大量觀眾拍照、為機(jī)器人高呼加油。

2小時左右,“天工機(jī)器人Ultra"奔跑通過一段相對狹窄的直道時失去平衡摔倒。據(jù)同步直播介紹,在真實(shí)環(huán)境多種復(fù)雜路況奔跑,機(jī)器人需要具備精準(zhǔn)調(diào)整步伐、姿態(tài),控制好動力和制動的能力,路面寬度、地面平整度等許多原因都可能導(dǎo)致機(jī)器人摔倒。經(jīng)過簡單現(xiàn)場調(diào)試后,天工機(jī)器人未更換機(jī)器人重新出發(fā)。

10點(diǎn)14分,“天工機(jī)器人Ultra”沖線第一個到達(dá)終點(diǎn),全程換電3次,未更換機(jī)器人。據(jù)工作人員現(xiàn)場接受采訪解釋,比賽中的那次摔倒因?yàn)殡姵仫@示不準(zhǔn)確、電池容量不足導(dǎo)致機(jī)器人失去平衡。

圖:視覺中國

賽事的主辦方北京經(jīng)開區(qū)管委會副主任梁靚向界面新聞介紹,像馬拉松測試人的耐力極限一樣,21公里的長期測試與不間斷奔襲也是對人形機(jī)器人多項(xiàng)技術(shù)能力的綜合考驗(yàn),包括真實(shí)開放環(huán)境中的環(huán)境感知與運(yùn)動控制、續(xù)航能力。因此,賽事規(guī)則設(shè)計(jì)的初衷是鼓勵單臺機(jī)器人不換電池跑完全程,為此組委會除了按參賽隊(duì)名次高低評定冠軍、亞軍、季軍外,另外還設(shè)置了完賽獎、最佳耐力獎、等專項(xiàng)獎,以鼓勵機(jī)器人堅(jiān)持跑完比賽。

機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要緊密貼合應(yīng)用場景,不同場景對機(jī)器人性能有不同側(cè)重。以馬拉松為例,馬拉松賽程長,機(jī)器人關(guān)節(jié)需具備高功率密度,以提供足夠力量和耐力,保證動作穩(wěn)定輸出,承受長時間持續(xù)奔跑帶來的屈伸、身體重量和沖擊力。此外,關(guān)節(jié)持續(xù)運(yùn)動產(chǎn)生大量熱,散熱能力對于機(jī)器人持續(xù)穩(wěn)定跑完全程至關(guān)重要。

記者了解到,此次參加比賽的多臺機(jī)器人最開始并不是為奔跑場景設(shè)計(jì),許多團(tuán)隊(duì)都提前花時間為備戰(zhàn)馬拉松做了專項(xiàng)優(yōu)化與調(diào)試。

天工機(jī)器人團(tuán)隊(duì)發(fā)言人魏加靈接受界面新聞采訪介紹,身高1米8、重52公斤的“天工Ultra”因其大功率的一體化關(guān)節(jié)、低慣量腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在奔跑速度上極具爆發(fā)力,先天條件適應(yīng)奔跑。而為了備戰(zhàn)馬拉松,團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)解決機(jī)器本體的可靠性和穩(wěn)定性、關(guān)節(jié)發(fā)熱等問題。機(jī)器人奔跑時,雙腳交替重踏地面,持續(xù)的沖擊和振動給機(jī)器本體帶來極大的強(qiáng)度和磨損?!疤旃ltra”通過結(jié)構(gòu)的持續(xù)優(yōu)化,找到輕量化與剛強(qiáng)度的平衡點(diǎn),加上緩沖結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)腿足的剛?cè)狁詈显O(shè)計(jì),最終達(dá)到長距離奔跑本體不損壞。此外,團(tuán)隊(duì)通過結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)導(dǎo)熱技術(shù)以及風(fēng)冷散熱技術(shù),使關(guān)節(jié)達(dá)到熱平衡,讓機(jī)器人可以長時間持續(xù)奔跑。

圖:視覺中國

上海卓益德機(jī)器人創(chuàng)始人李清都在采訪中告訴記者,續(xù)航是團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)時所做的一項(xiàng)重要突破,機(jī)器人續(xù)航需要電機(jī)功率功率密度和電池能量密度的限制。突破這一難題后,公司的機(jī)器人可以做到連續(xù)走6個小時、奔跑4個小時不換電池。

松延動力機(jī)器人投資方、首程資本管理合伙人朱方文認(rèn)為,現(xiàn)階段人形機(jī)器人供應(yīng)鏈極不成熟,將現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人的零部件應(yīng)用到人形機(jī)器人上,會存在發(fā)熱、能耗高、穩(wěn)定性差等問題,這些問題無法靠單一的零部件改進(jìn)解決,需要機(jī)器人本體設(shè)計(jì)在一體化關(guān)節(jié)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、算法適配上綜合改進(jìn)。相比于奔跑速度或者名次,產(chǎn)業(yè)界更關(guān)注各家機(jī)器人的能耗情況、故障率、故障修復(fù)時間、故障點(diǎn)位、賽后機(jī)器人的損毀率等指標(biāo),借助主機(jī)廠這次在馬拉松的同臺競技,促進(jìn)整個人形機(jī)器人行業(yè)的快速迭代。

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