“未来工厂的数字化升级,或许少不了一只机器狗。”
作者 | 路遥
编辑 | 余快
2005年,一只名为“大狗”( Big Dog)的机器人诞生了,这是波士顿动力公司发布的第一款机器人,其主要设计用途是为交通不便地区的士兵运送重型武器装备、食物和其他物品。
不过,四足机器人与人类协同的探索虽起于军事,却未止步军事。
四足机器人领域的先锋们,从短暂的技术狂欢中回过神来,开始全情投入用机器人提升人类生产生活的研究,并很快将这一实验室里的黑科技,变成了商用领域里的“新明星”。
2015年,《中国制造2025》出炉,国家层面明确提出要突破智能机器人关键技术,围绕“汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等”开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品。
此时的机器狗,正经历着一轮以解放重复、危险劳动中的人力,以及帮助企业实现降本增效为主要目的的新考验。尤其疫情的到来,使得国产机器狗的商业化速度明显加快。
近日,正在举办中的首届全球数字贸易博览会数字消费馆暨中国(杭州)国际智能产品博览会上,四足机器人就吸引了不少目光。
01
四足机器人行业的两座大山:
技术稳定性、研发制造成本
需求是反映市场的一面镜子。
早期,机器狗进入大众视野,不是凭借舞台上整齐划一的舞姿,就是凭借实验室里的花样炫技。
如今,在政策鼓励,市场规模和技术的驱动下,机器狗给大众留下深刻印象的场景,已经变成各类真实且复杂的实际工作场景,在城市管理、配送、建筑、制造、仓储、采矿等行业,都不难发现机器狗的身影。
上述具有复杂地形的场景中,相比于轮式或履带式设计的移动机器人,四足机器人适应性更强,反应更加机动、敏捷;相比于双足机器人,四足机器人又具有更好的平衡性,可负载重物进行远距离的行走。
人类探索四足机器人的故事由来已久,全球范围内也不乏一批具有先锋精神的探索团队,但机器狗真正进入商业化落地的高潮情节,不过是近几年的新鲜事。四足机器人界的扛把子波士顿动力,其商业化的落地也是从2019年才真正开始。
新一轮科技革命和产业变革到来之际,机器人的市场想象空间巨大。作为机器人的重要分支,四足机器人强悍的功能背后,技术稳定性和研发制造成本成为横亘在其商业化路上的两座大山。
在技术上,企业需要突破机器人本体,减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。
通用平台化设计上,机器人标准化、模块化发展也存在不足,增加了设计研发的压力,影响着企业的商业化进程。
四足机器人商业化落地中的另一大挑战,来自对研发节奏的把控,以及高昂的开发和制造成本。波士顿动力的一只机器狗标价高达53万人民币,此前彭博社的一份报告显示,其使软银损失超过1.5亿美元。
不止波士顿动力,过去几年,资金耗尽、停止运营、出售资产的新闻在机器人行业屡见不鲜,Anki、Mayfield 、Rethink Robotics等一连串的名字成为昨日黄花。
在技术探索和商业化的两难困境中,“实用性”成为当下国内四足机器人公司的一致追求。
续航、负载、越障、防水、自主导航、自主充电等实际作业中必不可少的能力,成为检验一只机器狗是否合格的关键。
在实现上述能力的同时,国内已有企业的四足机器人经过了商业化落地的考验。
02
四次升级迭代:
从智能巡检到特种应用
2020年12月,一只名为“绝影”的黑色机器狗,以“适应性腿部运动的多专家学习”荣登《Science》子刊、机器人顶刊《Science Robotics》的封面。这只机器狗背后的公司是中国企业云深处,“绝影” 这个名字源自《三国演义》中曹操的坐骑,代表着对机器人运动与智能极致融合的追求。
自2017年成立以来,云深处根据客户需求变化不断升级迭代,已连续研发出四代四足机器人产品。
“基于自身技术积累优势,践行根据场景开发产品。”这是云深处创始人&CEO朱秋国认为云深处之所以具有较强行业竞争力的关键。
(云深处创始人 朱秋国)
其中,绝影X20已经能够应用于变电站巡检、消防救援、灾后探测等多个场景。这些场景的共同特点是,作业现场地形复杂、非结构化路面较多,人工作业重复且存在一定的安全风险。
技术与性能是四足机器人的第一块试金石。
朱秋国介绍,绝影 X20 最大运动速度可达到 4.95m/s,有效负载达20 公斤,能够上下 20 公分的楼梯,具备跳跃功能,能够跳过宽 1 米的沟壑,可以稳定完成废墟行走等动作。这些基础的性能指标在行业内均属于全球领先的水平。
同时,作为面向行业应用的四足机器人,绝影 X20 还拥有 IP66 的防护等级,工作台可搭载双光云台、机械臂、调试架、4G/5G 模块、北斗/GPS/RTK 模块等,环境感知方面可实现自动的目标检测与识别,搭配深度相机、激光雷达和智能算法,可实现精准导航、动态避障和人机交互等功能。
为更好地服务于 To B 场景,云深处一开始就围绕实际应用场景进行产品的研发与测试。
2019年底,云深处与南方电网数字电网研究院合作,实现了第一代绝影X10在变电站的自主巡检。
(绝影X20在变电站巡检)
当时全球具备智能感知能力的四足机器人屈指可数,绝大多数国内的机器狗只有基础的运动能力,还需要手动遥控操作。
要做到真实场景下的全场景覆盖巡检,机器狗就必须无惧风雨等各种恶劣天气,自如行走。痛点暴露后,云深处团队通过运动能力、平衡性、材料的升级,在 2021年 6 月,推出新增防水防尘功能的绝影X20,解决了雨天场景的应用问题。
(绝影X20具备工业级防水防尘能力)
当下,智能巡检和特种应用是云深处最大的两个应用场景,前者重复性强,后者危险度高,且都存在大量复杂地形,属于有“机器换人”需求的典型场景。
在电力、能源和工业制造领域中,巡检工作必不可少。
首先,在不改变变电站原有环境的前提下,想要实现巡检机器人的全场景覆盖,存在不少难以进入的监控盲区,更加小巧灵活的足式机器人,则可以轻松打通室内室外的巡检。
其次,巡检工作的目的在于发现潜在安全隐患,对工作人员专业度要求极高。目前,针对电力场景的机器狗研发,大多数仅设计参与巡检中的部分环节,且存在无法自主充电、不具备自主识别和智能分析等问题。
(绝影X20自主充电 可无限循环工作)
云深处的绝影 X20 全程接入集控系统,其所到之处,相关数据即刻上传至上级站点,运维人员足不出户,也能掌握变电站的实时动态。
(绝影 X20 电力巡检作业流程)
凭借过硬的综合性能,以及对应用场景的强调,截止目前,云深处已同包括国家电网、南方电网等在内的多家头部企业开展长期深度合作,并从 2021 年底在电力巡检领域开始批量交付产品。
电力巡检场景之外,特种应用是云深处的另一大应用场景。
通过与消防相关部门和团队合作,今年7月,云深处发布了“绝影 X20-消防侦察机器狗”解决方案。除了继续在越障能力上大秀“肌肉”,绝影 X20 在侦察搜救能力的叠加,进一步拓展了机器狗的应用潜力。
(废土级越障,全地形作业)
在智能探测上,针对浓烟、高温、毒气等恶劣的灾后环境,绝影 X20 被赋予了更灵敏的嗅觉与更强大的视力。
气体传感器的存在,让绝影 X20 可以自动识别检测上千种有害气体与实时浓度。全景相机和双光谱云台,既让其具备了无死角的全景侦察能力,又能通过30倍变焦识别出远处的微小目标,还能穿透迷雾追踪热源。也就是说无论全景、远景还是被遮挡的场景,都逃不过绝影 X20 的一双慧眼。
(有害气体与浓度检测)
不仅如此,绝影 X20 还可以通过搭载的旋转激光扫描仪,获取灾害与事故现场的高精度点云数据,这些可视化信息的搜集,既是协助救援人员在瞬息万变的火灾现场灵活部署的得力助手,也是灾后分析与进行灾前防范的宝贵资料。
(消防侦察作业流程)
交付形态上,根据客户要求,分为“绝影”系列四足机器人本体或行业应用解决方案两种交付模式。
除了智能巡检和特种应用两大应用场景,未来,云深处还计划将四足机器人的应用场景,拓展到如石油化工、天然气管道、煤矿勘探等领域。
03
望向云深处,迈向云深处
2017 年,在技术与政策的双轮驱动下, AI 的风口愈演愈烈,智能机器人作为 AI 技术应用的一条路径,获得了一批嗅觉敏锐的创业者与投资者的关注。
彼时,拥有超过十年腿足机器人研发背景的朱秋国,带领团队创立了云深处。
“远上寒山石径斜,白云深处有人家。”蜿蜒倾斜的山路并不容易攀登,一如前沿科技探索中的曲折与挑战,但寒山顶上云雾中的人家说明,路是人走出来的。这是“云深处”起名的寓意。
彼时,国内四足机器人行业刚刚起步,而国外已有团队在此深耕多年,想要做出一款应用于工业场景的机器狗,需要靠谱的科研成果,以及团队的跨专业协同。
云深处创始团队是从高校尖端实验室走出来的。朱秋国本人从本科到博士,一直在浙江大学机械电子工程、控制科学与工程学科方向进行探索。
就在这样一个人才梯队尚未建成,关键技术尚待突破,同时缺乏真实应用场景的草莽市场中,云深处在成立短短几个月后,推出了自主研发的第一代“绝影”机器狗,之后几年又连续进行了四轮更新迭代。
创业初期,朱秋国带领团队聚焦核心的运动控制技术,实现了四足机器人面对不平整地面、不连续地形和翻越障碍三大痛点时的灵活性和稳定性。
在机器人的智能感知上,实现了复杂环境的3D-Map自主定位、导航、人体识别和跟随。
在成本控制上,朱秋国团队以市场需求为导向,没有采用波士顿动力的液压驱动,而是选择了更具性价比的电驱动方案。
内蒙古的一家电解铝业公司、陕西某原煤仓、上海知名品牌啤酒厂、四川一处变电站、河北某电力管廊、海南的热电厂等,绝影机器人的身影,出现在越来越多的场景中。
(绝影X20向电解槽底巡检中)
(绝影X20向发电设备采集数据中)
国家“十四五”规划纲要指出“加快数字化发展,建设数字中国”,首次将数字经济发展和数字化转型提高到了国民经济的高度。在变电站与电网、炼化厂、交通隧道与轨道、火灾与救援等场景中,四足机器人因其面对复杂地形与恶劣环境等优势,能够做到很好的补充,和其他类型的机器人一起推动数字中国的建设。
2022年世界机器人大会举办期间,中国电子学会发布《2022年中国机器人产业发展报告》称,今年中国机器人市场(工业机器人、服务机器人和特种机器人)规模将达到174亿美元,增速为22%。
目前,除了云深处,四足机器人领域,宇树科技、蔚蓝科技、哈崎机器人等一批初创团队崭露头角,腾讯、华为、小米、小鹏、优必选等科技巨头也已跑步进场。
在朱秋国看来,只有更多的企业加入进来,共同提升四足机器人的技术水平,推动机器狗在更多场景的应用,有竞争和合作,才能加速技术与应用的进步。
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