春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

機器之心發表於2019-02-05

2018 年 12 月,優必選正式收到央視春晚邀約,參加深圳分會場的節目籌備。此次要在春晚舞臺上表演的,是大型仿人服務機器人 Walker。

為了 Walker 上春晚,優必選直接、間接動用了大概 100 人以上的人力,並安排了 40 多人的研發團隊在春晚節目現場支援,其中的技術團隊包括視覺、導航、通訊、伺服舵機、運動控制、結構、電子、互動等,每一部分的負責人都在彩排準備現場隨時待命,手機也要保持 24 小時開機待命狀態,最終保證春晚順利進行,讓大家能看到首箇中國企業自主研發的大型仿人機器人。

50 余天,1200 多個小時的堅守,「雖然很累,但能代表中國科技登上最受關注的舞臺,大家都還是很驕傲很開心的。」

昨晚,優必選 6 臺大型仿人服務機器人 Walker 登上央視春晚深圳分會場的舞臺,在明星韓雪、關曉彤、王嘉、魏大勳、颱風少年團參與的歌舞節目《青春暢想》中,當起了伴舞。

春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

這是自 2016 年以來,優必選機器人第三次亮相央視春晚。2016 年,540 臺 Alpha 機器人(人形機器人)亮相猴年春晚,為孫楠伴舞《衝向巔峰》。2018 年,24 臺機器狗 Jimu Robot(程式設計機器人)亮相狗年央視春晚的開場舞。

Walker 的定位是走進家庭的服務機器人,為人們提供智慧服務。它的很多功能和特性是為了人類的家庭場景所專門設計的。

亮相 2019 年春晚,優必選的考量是:告訴大家,大型的仿人服務機器人並非遙不可及,它正在一步步走近我們的生活。Walker 新一代剛剛於 2019 CES 釋出,「它出來後,有春晚這樣一個面向大眾的舞臺,既然它最終要走進家庭,讓大家提前瞭解一下也挺好。」

此次針對春晚表演,他們加快了 Walker 研發進度,做了很多技術上的突破。

央視春晚加速 Walker 研發程式

Walker 的生產和裝配是極其複雜的工序,優必選本來只計劃製作 3 臺,但是春晚節目對於機器人數量有要求,最少 6 臺,於是公司內部協調了物料、加工、測試等多方資源,加班加點,在計劃 3 臺的基礎上又多趕製了 5 臺 Walker,多 2 臺備用,全力保障春晚的執行。

Walker 零件多,組裝複雜。為了給後面整機除錯爭取更多的時間,元旦三天假日和週末,春晚專案組負責結構的技術人員們沒有休假,舵機組的技術人員也加班測試除錯舵機,組裝完一臺就交接給測試同志,「在運動控制組實驗室裡幹得汗流浹背,外面是穿羽絨服,室內是穿短袖,還滿頭是汗。晚上幹活太晚就直接支個行軍床在辦公室休息,第二天早上起來繼續裝機。」就這樣,他們將原先需要二到三個月才能夠組裝完成的機器人,在一個月的時間內組裝完成。

節目創意和舞蹈編排的過程一直在持續進行。從還未確定曲目開始,團隊就在不斷嘗試開發 Walker 可呈現的亮點舞蹈動作。技術和產品組根據機器人關節的運動空間、運動角度,以及它的靈巧手等硬體關節的特徵,設計符合機器人特徵的舞蹈動作。在這個過程中,他們需要克服機器人的運動速度以及運動範圍的不足,展示它的靈活度和自由度。

為了配合節目需求,優必選準備了多種不同的表演形式,包括前期的 Walker 表演鋼琴、跳國標雙人舞等形式,最終確定用 6 臺 Walker 機器人與舞蹈演員表演集體舞蹈且加入變換隊形的表演元素。

春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

想要人形機器人能走能跳,伺服舵機是一個無法繞過的問題。伺服舵機對於人形機器人而言就如同人體的關節,協調著機器人的一舉一動。Walker 使用的大型伺服關節,擁有從 2.5Nm 到 160Nm 的系列伺服舵機作為驅動單元,速度可以達到 60r/min(60 轉/分鐘),支援位置模式、速度模式和力矩模式三種控制方式。

在 Walker 春晚表演背後,更復雜的技術是軟體的控制演算法。如果只有舵機,沒有優秀的運動控制演算法,就像一個人身體很健壯,但不會打籃球、踢足球,更不會跳舞。運動控制與步態演算法是機器人能夠直立行走、跳舞以及做很多複雜動作的關鍵。

據優必選介紹,春晚 Walker 所展示的舞蹈效果,主要技術是運動控制演算法,步態和手眼操作的協調一致,自身保護演算法和柔順控制,再加上視覺識別和導航定位。

春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

優必選表示,Walker 新一代從 2018 年 2 月份立項到 8 月份出來樣機,外觀有了很大改變,很多功能亟待驗證和完善。Walker 最終在春晚節目中呈現的動作和舞蹈所需要的功能,有很多還在研發和產品規劃中,比如多臺機器人同步進行控制的問題,以及機器人的手臂和腿部的協調控制的問題。本來計劃半年以後需要實現的工作,由於春晚節目的需要,他們將這項工作提前壓縮到一兩個月時間完成。

進組後,為了讓 Walker 在鏡頭前呈現最佳表演效果,編舞團隊依舊在不斷地優化細節和動作。

Walker 機器人首次多臺同步表演,給通訊技術帶來挑戰

春晚專案之前,Walker 機器人沒有做過多臺同步表演,包括在 2019 CES 也是一臺機器人去完成家庭環境中的任務。

春晚上要求機器人實現多臺機器人實時同步的動作,還涉及到跟音樂、表情等多方面的協調;同時,需要處理現場各種各樣的通訊訊號的干擾;此外,導演對機器人的動作和音樂的卡點非常嚴格,需要在某個音樂點切入的時候,機器人馬上配合音樂節拍跳舞。這就對通訊方面的要求非常高。

相關技術人員提出了各種通訊頻率的方案,做了非常多測試工作。

最終,他們採用了具有頻點選擇靈活,抗干擾能力強的中長距離的無線調製解調技術方案,以應對複雜的春晚現場無線電環境。在硬體方面,採用了具有方向性強的發射天線,以及高功率高效能發射模組以提高機器人片區的接收訊雜比。在同步軟體設計方面,採用了自研的適用於無線電傳輸的魯棒性較強的多次同步演算法,以確保任何一次的同步觸發的成功執行,完成了十幾毫秒內的動作同步。

打一場硬仗

2018 年 11 月初,優必選開始跟春晚導演組接觸。12 月,真正確定以及優必選正式收到春晚邀約,彼時,距離 2019 CES 還有一個月左右的時間,他們將要在 CES 上釋出 Walker 新一代。

「時間緊,專案多。我們要在非常短的時間內,籌備 CES2019 和央視春晚兩場高規格的大型展會和晚會,對於所有參與的人員來說,都是一場硬仗。」

為了 Walker 上春晚,優必選直接、間接動用了大概 100 人以上的人力,包括行政、人力、採購、物流、電商、市場、品牌、研發、產品、設計等各個部門。

在春晚節目現場支援的技術研發人員大概有 40 多人,技術團隊包括視覺、導航、通訊、伺服舵機、運動控制、結構、電子、互動等,每一部分的負責人都在彩排準備現場隨時待命,手機也要保持 24 小時開機待命狀態。因為 2016 年、2018 年上春晚的機器人都是優必選非常成熟的、已經量產的機器人,而此次參加春晚的 Walker 是在 CES 上剛剛釋出的。

春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

現場直播對機器人的可靠性和穩定性要求極高,他們對要上春晚的 6 臺 Walker 機器人各方面的能力(續航能力、運動能力、穩定性和表現力)進行了大量測試和預演。

Walker 產品經理施秋鴻表示,「接到春晚任務的時候,我們迅速分解了目標、工作量、時間節點,從整體的舞臺展現效果到產品需求,再到實際執行環節如物料採購,組裝除錯,集控聯調,外觀細節打磨,表情動效設計,編舞與動作示教程式設計等等,緊鑼密鼓有序協同。但是臨近駐場彩排,需求變更的頻繁程度還是超乎我們意料。」

在一次又一次的深度加班之後,又考慮團隊一部分火力還分散在支援 CES 展示任務,他發了一條朋友圈:「提前排雷,拒絕失控」,當天迅速增調人手。

春晚專案組現場工作人員每天基本的工作節奏,都是根據春晚節目組提供的聯排日程安排表來進行。在聯排日程安排表的基礎上,Walker 專案組會抽空安排一些舞臺測試、走位以及舞蹈動作的環節。

楊雪是 Walker 團隊專案經理,她最大的感受是,整個籌備的過程充滿了不確定的因素。導演會隨時根據現場的情況和表演的效果調整。在現場會隨時叫機器人上場,所以大家都是精神高度集中的狀態。

丁海明是電子通訊負責人,他介紹,春晚專案組的作息時間跟平常上班完全不一樣,彩排的重頭戲經常是在晚上 11 點多甚至是凌晨一兩點。當意外發生時,需要快速響應和解決問題。比如無線接收模組在排練過程中出現問題的話,需要馬上更換另一種方案,這個更換的所有工作需要在 1 天內完成。

但是當第一次正式彩排,聽到倒數聲音響起的時候,丁海明特別激動,他說,當時手指都在顫抖,感受到了巨大的榮譽感和使命感。    

劉益彰是 Walker 技術負責人,春晚正式開始前,他接受採訪時表示,「今年已經和家裡人說了大年三十不回家過年,但是因為央視春晚對於保密方面的要求,就沒有說是因為 Walker 要上春晚的原因。希望在春晚的時候能給大家一個驚喜,還蠻期待的。」

春晚機器人Walker:臺上10秒鐘,臺下1200多個小時

據優必選介紹,「Walker 機器人的舞姿融合了現代舞及 popping 流行舞,配合歌曲節奏的變化,機器人不斷變換隊形,由一排踏步走位排成三角陣型,加上萌趣、多變的眼部神情和實時模擬真實演唱的嘴部動效,給觀眾帶來了別樣生動的體驗。」

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