波士顿动力又发了新产品，这个叫Spotmini的机器人有何玄机？
文|栗向滨，中科院自动化所复杂系统国家重点实验室研究生，主攻水下机器人。
本文经作者授权，转自雷锋网
2016年6月23日，Boston Dynamics在YouTube发布了他们新一款的机器人SpotMini，截止26日，网上已经有超过200万人观看过这段视频，再加上国内视频的转发，观看量可想而知。这个热门程度有不禁让人想起来今年年初新一代Atlas发布的场景，简直就是如出一辙。
（SpotMini机器人亮相视频截图）
而且也如同以往一样，波士顿动力也并没有公布任何技术细节，所以我们这篇文章也只是尽量从视频中提取出一些有用的信息加以分析，以飨读者。
在这段视频里面，除了最开头的集体亮相，实际进行运动展示的一共有五款共两类机器人，其中四款为视频的主角——SpotMini机器人。既然这款机器人叫SpotMini，那么我们自然可以想到，还有一款它的前辈，Spot机器人，这款机器人在视频一开始和SpotMini一同进行了出场。
（Spot机器人亮相视频截图）
所以，首先我们先来看看这款在2015年2月9日，同样是在YouTube上发布的Spot机器人。
| Spot机器人
除了用于科学实验的小狗机器人（LittleDog），Spot机器人当年发布的时候是波士顿动力体格最小的四足机器人（现在这个记录被SpotMini打破了）。Spot机器人可以实现室内和室外的操作，它是电池能源供电，液压系统作为驱动设备，所以免去了油料燃烧产生的噪声，Spot机器人相对来说要比大狗机器人要安静好多。
（大狗机器人腿部机构图，采用折角向前设计）
Spot机器人的另一大进步是腿部设计的优化。
我们可以看到大狗机器人以及相关的衍生机器人的腿部膝盖设计采用的是折角向前，但是Spot机器人的膝盖关节部分采用的是折角向后，就像山羊腿一样，而且视频显示，它在跳跃的时候确实也挺像一只山羊的。而这种设计也确实显示出了很大的优越性。我们在视视频里面看到，Spot机器人可以在波士顿动力的办公室自由漫步，可以在崎岖不平的路面上上坡下坡，可以陪着人类小步慢跑。
（Spot机器人被踢后没有摔倒并快速恢复站立 ）
更重要的是，它这一米多的小身高，可以经受得住人类强大的“虐狗”操作。Spot机器人拥有十分强大的平衡能力，当面对人类的飞来一脚，Spot机器人竟然在很短的时间内调整腿部步态，保持不倒，并最终恢复站立，这套动作就如同一只真正的小狗面对这人类的霸凌，看着令人揪心。
（Spot机器人爬楼梯）
Spot机器人本体最明显的一个特征是头部带着视觉传感器，而且根据外形可以推测应该是一款激光雷达传感器，可以通过对路面环境进行检测，以实现在不平坦路面上的行进。视频显示，Spot机器人可以实现爬楼梯的动作，但是我们看到在爬楼梯的过程中，激光雷达的视野是被机器人本体遮挡的，所以在爬楼梯的过程中极有可能是通过步态算法实现的，即通过程序控制Spot前腿抬高，迈上台阶然后后腿再跟上，而且由于前腿抬高的距离不够，视频中Spot上楼梯的过程是有点踉跄的。
（Spot机器人行走在办公室走道 ）
其实当初在发布Spot的时候人们就很疑惑，它能用来干什么。波士顿动力之前的四足机器人是和军方进行合作，体积也大，动力也强，在崎岖的山路驮个东西也都说得过去，但是这个Spot的小身板能干啥。人们怀疑，是不是可以用来做机器人侦查或者自动巡航的看门狗，难道波士顿动力要进军宠物市场了？结果就在一年半后的今天，波士顿动力果然推出了他们的主要用于室内环境的小型“宠物犬”—— SpotMini，不负众望。
（小狗对Spot机器人狂吠 ）
其实，当Spot发布后还有一个有趣的小事情。波士顿动力的四足机器人基本上是不出售给民用的，但是Spot是个特例，它放出来了一台Spot。风险投资家兼特斯拉汽车董事会成员的Steve Jurvetson便是这台Spot的拥有者。它做了一个小实验，就是把他家的小狗狗和Spot放在了一起，看小狗狗是什么反映，视频显示，小狗狗对这台机器狗并不是十分友好，从视频开头到结尾一直朝着Spot狂吠，并摆出一幅时刻要进攻的架势。
（民用Spot机器人站立视频截图）
虽然这段视频我们看上去十分好笑，实际上视频里面的人也在不停地笑，但是这确实表明，将来这种真实生物与机器人的共存情景将会越来越多。机器人将来在我们的生活中会越来越多，不管是机器宠物还是亚马逊Echo那样的人工智能助手，我们确实现在就应该思考我们将以怎样的方式是面对生活中的这些机器人伙伴。
（《硅谷》第三季第一集截图）
其实Spot机器人落入民间也有一个好处，我们可以拿来拍电视啊。喜欢看HBO出品的美剧《硅谷》的朋友一定很有印象，《硅谷》第三季第一集里面，当Richard Hendricks听到自己被自己开的公司"Pied Piper"开除的时候火冒三丈，于是叫上Erlich Bachman开上车就往公司赶，想把事情搞清楚。结果在路上撞上了一头“鹿”。没错，这头鹿就是头上戴着两个鹿角的Spot机器人。当Richard得知自己撞上的是一台机器狗的时候，还上演了一场虐狗大战，鉴于当时他的心情，这种行为我们还是可以理解的，反正笔者当时看到这段的时候，已经笑翻了。
好了，Spot机器人就先介绍到这里，我们现在来看看他的mini版SpotMini机器人。
| SpotMini机器人
在波士顿动力发布到视频里面，除了Spot机器人，细心的人一定发现了，其实一共出现了四款SpotMini机器人。
（第一款SpotMini机器人）
视频一开头和Spot机器人同时出现了一款SpotMini机器人，这款机器人并没有头上的机械臂，看上去也没有激光雷达。但是却完成了出门的动作，我十分好奇是有视觉传感器我们没有看到还是人为操作完成的这套动作。
（第二款SpotMini机器人）
然后有一款钻洞行为的机器人，算是第二款的SpotMini机器人，在第一款SpotMini机器人的基础上加上了激光雷达。
（第三款SpotMini机器人）
中间完成大部分的任务的是第三款SpotMini机器人，身体是钢铁结构，带有机械臂，带有视觉系统。所以接下来的分析我们主要是以第三款SpotMini为主要分析对象。
（第四款SpotMini机器人）
最后视频末尾又出现了一款SpotMini机器人，这款机器人看着就像是第二款的升级版了，起码在外部形态上通体白色的设计就显得高雅了不少，毕竟是用于室内家用机器人，颜值自然是要上去的。而且不光是颜值的区别，第三款机器人的视觉系统也不是很明显，而且身体上也没有了安全架，所以我们不确定这款机器人只是第二版外观的升级版还是确实是有本质区别。
我们先来看看在YouTube下面对SpotMini机器人的简介都说了些什么。
SpotMini是Spot机器人的新型且更加小型的机器人版本，加上机器臂是29.5千克，而且防水（这个功能好强大，不知道将来主人掉进水里它是不是可以施救）。一次充电可以跑90分钟，而且这个时间会随着完成不同的任务而有所浮动。因为SpotMini是全部电动的，没有任何液压系统在身体上，所以是波士顿动力机器人里面最安静的机器人之一，但是电动也意味着SpotMini的负重能力并不强，不过它的目标也并不在于此。
而且它的身体上还安装了大量的传感器，例如深度摄像机、姿态传感器、以及肢部的本体感受传感器。这些传感器可以帮助SpotMini完成各项复杂的动作以及巡航。
（SpotMini机器人拿玻璃杯）
根据简介介绍可以得知，这款机器人是可以自主地完成一些任务，但是很多时候需要人的协助来完成一些高难度的引导工作。而我们好奇视频里面的动作到底哪些是属于自动完成的动作，哪些又是认为遥控的动作。
动作中的自我矫正动作，以及机械臂的很多姿态规划我们可以确定都是自动完成的，但是拿玻璃杯这项动作就不太好确定了，因为一方面玻璃杯本身是透明的，用视觉系统判断位置并实现抓取确实有难度。不过要是这套动作确实是自动完成的，那SpotMini确实很厉害。
（大狗机器人的机械臂）
机械臂也是SpotMini的一大亮点，虽然并不是第一次使用。
因为在大狗的某一个版本里面，也有加入机械臂的产品。大狗的机械臂安装在他的头上，而且由于动力强劲，可以扔起23公斤的石块，所以大狗的机械臂应该可以扔起一个SpotMini。而且扔石块的时候全身都参与动作，看起来就像在用生命在完成抛掷。但是SpotMini的机械臂就小巧轻便一些了，它的主要任务就是抓个杯子，扔个垃圾，帮主人拿个饮料顺便卖个萌欺负下主人什么的，或者摔倒之后辅助站立。
（SpotMini机器人机械臂头部稳定性展示）
但是说实话，这个机械臂的造型看着确实有点恐怖，设计成蛇头的形状，不仅让人想到了拉瑞·尼文已知世界里智商极高但是非常懦弱的Pierson's Puppeteer，一种拥有三只脚两个蛇头的生物。不过视频里面机械臂具有超强的稳定性，不管SpotMini身体怎么运动，机械臂末端都保持相对稳定，这让我想起了鸡头稳定系统，不知道控制算法是否是基于此原理实现的。
对于视觉系统， IEEE Spectrum的作者Evan Ackerman猜测，SpotMini机器人可能使用了三个视觉传感器。
（MultiSense S7传感器 ）
头部使用了MultiSense S7传感器进行前视，MultiSense SL传感器是一种三模态（激光、三维立体、视频）、高分辨率、高数据传输率、高精度的三维测距传感器。该传感器是适合使用在各种各样的机器人，自动化和传感应用，如自主车辆，三维映射和工作区的理解。MultiSense SL传感器封装在一个坚固的，紧凑的盒子里，采用低功耗的FPGA处理器，并预编程了因子校正。
（Velodyne VLP-16传感器 ）
尾部采用了Velodyne VLP-16传感器，它是Velodyne's 3D雷达产品里最小、最新也最先进的一款产品。它比同等价位的传感器功能更强大，保留了Velodyne在激光雷达领域突破的主要特点：实时，360°，3D远程以及反射率的校准测量。
（机械臂头部隐约可见的摄像头）
我们在视频中隐约看到机器臂张开夹器的时候，里面是有摄像头的，而且可能这个摄像头也是完成抓取玻璃杯的主要传感器。
通过以上的介绍我们应该对SpotMini机器人已经有了初步的了解了，虽然我在我的文章《Google放弃波士顿动力背后：多足机器人的路为什么越走越艰难？》中写到了多足机器人目前的困境，而且SpotMini机器人也并没有解决我在文章中提到的多足机器人的遇到的各种问题，但有一点我们是可以肯定的，那就是波士顿动力在多足机器人领域的技术水平和技术积累已经甩其他研究机构好几条街，并出现了技术上的两极分化。
最后希望波士顿动力可以带给我们更多的惊喜，如同它一贯带给我们惊喜的方式：秘密制造“暗黑”机器人，然后拍视频，然后毫无征兆地放到YouTube上，最后坐看世界为之沸腾。
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