機器之心原創
撰文 | 吳昕
與當年 Asimo 踩高蹺似的行走姿態不同，更小巧精準的傳感器、更強大的動力關節、更好的建模方法等機器人移動技術的進步，讓機器人流暢行走成為可能，也推動四足機器人大步邁向應用市場。基于 " 第一性原理 "，帶著在 C 端積累的研發和制造優勢，追覓科技正步入這個新市場。
在需要重復作業的場景下部署機器人并不是什么新主意。在世界各地的工廠，有數百萬臺機器人在車間工作，但它們中的大多數只是被固定在地面上，沿著既定弧度揮舞著巨大的機械臂。
和這類機器人不同，追覓科技最近完成研發的一款工業級四足機器人，不僅能自主穩健行走，未來在搭載了救援工具、喊話器、圖傳相機、補給品等相關設備之后，能夠在復雜地形、惡劣環境甚至有毒有害場景下工作，執行巡檢、救援等更加復雜的任務。
這款工業級四足機器人身長 1 米、體重 70 多斤，擁有 12 個關節，形似一只 " 大狗 "。它身體四周安裝了深度相機、魚眼相機、超聲波傳感器及多線激光雷達等，可在鐵軌、廢墟等復雜地形下行走，可負重、上下樓梯。
" 我們的工業級四足機器人在平地的最大行走速度可達每秒 2 米，可以靈活選配上裝，例如云臺相機、熱紅外相機、RTK GPS、可燃氣體探測傳感器、多自由度機械臂等儀器設備，以適應不同應用場景的作業需要 "，追覓科技旗下創新機器人研究院的一名產品經理向機器之心介紹道。
2021 年，追覓科技曾推出仿生四足機器狗 Eame One。上述工業級四足機器人是追覓科技繼 Eame One 之后推出的第二款四足機器人。不僅追覓科技，其他科技公司和研究團隊也正在推出更多類似機器人。除了聲名顯赫的波士頓動力 SpotMini、MIT Cheetah（獵豹） ，在國內，小米、騰訊也已經相繼推出「鐵蛋」和 Max，還有專注工業四足機器人的宇樹科技、云深處等創業公司。科大訊飛最近也表示，將推出自己的工業四足機器人。
追覓科技的仿生四足機器狗 Eame One
與當年 Asimo 踩高蹺似的行走姿態不同，更小巧精準的傳感器、更強大的動力關節、更好的建模方法等機器人移動技術的進步，讓機器人流暢行走成為可能，也推動四足機器人大步邁向應用市場。
追覓科技工業四足機器人最大行走負載（有效載荷）30kg，最大站立負載 60kg，可定制加裝專業模塊，智能分析發現設備、環境異常并及時告警。結合具體行業需求，可以搭載相關的設備，包括救援工具、喊話器、圖傳相機、補給品等，在復雜地形環境、惡劣環境甚至有毒有害等場景下工作，協助工作人員進行安防巡邏檢測、探測探索、公共救援等工作。
一、追覓工業四足的技術名片
基于自研核心部件，協調機器人四肢、取得良好平衡，并安裝了讓機器人知道「我在哪？我要去哪里？該怎么去？」的感知交互系統后，追覓科技的研發工程師們最終創造出了這款「能夠代表追覓科技廣義機器人技術實力」的工業級四足機器人。
由于四足機器人的商業化應用還比較少，缺乏標準化產品，電機主要由機器人公司自主設計或找伺服器廠商定制。而自主研發的伺服電機，正是追覓科技創新機器人產品重要的科技名片之一。追覓科技工業級四足機器人搭載的電機自重不超過 500g，額定力矩達到 2Nm，最大力矩 10Nm，電流環帶寬≥ 1.5kHz，可承受 180 ℃高溫，足以滿足工業場景作業需求。
和應用于吹風機、吸塵器的高轉速馬達不同，工業四足機器人需要在行走、奔跑甚至跳躍姿態之間不斷切換，電機一直處在正轉、反轉快速切換狀態中，需要有較快的響應速度，這就要求電機轉動慣量小、重量輕，因此四足機器人的電機設計更側重高扭矩密度、高功率密度、轉動慣量小、響應速度快。
" 低速、大扭矩電機，再配合小減速比的傳動機構，就能實現關節的快速力矩響應 "，追覓科技的研發人員告訴機器之心，低速大扭矩的電機會引發較多電機極對數和較高工作電流，這就對關節驅動器的性能和結構的散熱性能，提出了更高要求。能夠做出兼顧這些綜合性能的伺服電機難度很高，而追覓科技已經在該項機器人核心技術上占領了研發高點。
不止是電機，追覓科技還將自研能力拓展至機器人的膝關節。追覓科技自研伺服關節包含 60 多個零件，關節內部還集成了高速端與低速端兩個絕對值編碼器，無論機器人的初始姿勢如何，都可以在任意位置姿態下上電，恢復正常工作，體驗感更優。
而之所以選擇自研關節，上述產品經理解釋稱 ——
首先，足式機器人對比其他形態機器人的核心優勢在于其腿足形態的地形適應能力。因此在設計各種形態、尺寸、負載、成本等指標考慮時，需要推算出對伺服關節的特殊需求，這是足式機器人的核心技術。
另外，當前上游供應的成品關節，有時難以滿足特定需要；此外，從數量需求和成本層面考慮，每個四足機器人具有 4 條腿共 12 個關節，隨著將來機器人規模量產，自研能夠有效降低成本。
為了使機器人關節輸出足夠大的扭矩，往往需要增加減速器，它也是工業機器人三大核心部件之一。追覓科技減速器的設計采用了行星及其衍生的行星傳動類型，其中，負責傳遞載荷的傳動件采用了具有優秀淬透性的高強度鉻鋼，結構部分采用了鋁合金和鎂合金。
" 鎂合金成本更高，但重量會比鋁合金材料的輕 1/3，這帶來的好處就是 —— 整機更輕，機器人的續航能力更強；此外，慣性更小，響應速度會更快，機器人的身體控制也會更加穩定。" 上述研發人員進一步解釋道。
值得注意的是，在膝蓋的關節設計上，追覓科技之前推出的 Eame One 采用四連桿結構來控制小腿伸縮，現在這款工業級四足機器人則采用了絲杠傳動。
技術層面上，絲杠傳動配合一定長度的力臂，可帶來很大的減速比，滿足工業級四足機器人負載大的要求。而且，與減速器方案恒定的傳動速比不同，絲杠加連桿的傳動速比在整個膝蓋運動范圍內是非線性的，利用這一特點，結合仿生學的特性，追覓科技設計出了特定的速比曲線，在增強電機負荷能力的同時，提高了運動速度。
從成本方面來看，為了實現較大傳動比（一般 20：1 以上），機器人關節電機通常使用諧波減速器。但諧波減速器成本高，后期維修難度也較高。追覓科技采用了更優的組合方案能顯著降低成本。
仿生四足機器狗 Eame One，腿部傳動采用四連桿結構，控制小腿的伸縮。
除了核心硬件，敏銳的感知交互系統也是追覓科技這款工業級四足機器人另一張亮眼的技術名片。
與掃地機器人所處的家庭場景不同，工業級四足機器人的作業環境更加復雜 —— 不僅地形更加多變，還要面臨上下樓梯、爬坡等挑戰。自由度也從平面運行空間的 3 自由度變成了現在的 6 自由度，對機器人構建三維空間地圖并依據先驗地圖進行高精度連續定位，提出了更大的挑戰。
比如，要想順利爬樓梯、跨越障礙，就要對周圍環境實時建圖，然后由導航規劃算法判斷出機器人最佳落腳點。" 無論是判斷樓梯高度，還是落足點的規劃策略，都經過了研發團隊上千次的實驗與測算 "。追覓科技的一名工程師如是說道。
工業級四足機器人應用示意
在局部地圖構建中，追覓科技的研發人員給機身配備了環視深度相機。深度相機利用 TOF（光線飛行時間）技術，能在傳統二維 RGB 成像基礎上生成近距離、高精度三維點云信息，結合坡度、跨高、崎嶇度以及機器人自身運動局限性等屬性，機器人即可獲取局部可通行地圖，安全跨越障礙。
在全局地圖的構建上，追覓科技的工業級四足機器人用到了機械旋轉多線激光雷達，具有水平方向 360 度視場角，實現場景的三維點云地圖構建，為四足機器人與環境的精細交互作業提供基礎。
工業環境往往充滿各種電、磁、光，會對各類傳感器造成不同程度干擾，導致相機圖像模糊、GPS 信號丟失、磁力計失靈等。為了保證機器人實時局部定位和全局定位的精度和魯棒性，追覓科技的工業四足機器人采用了多傳感器信息融合技術，即使某些傳感器暫時性宕機，SLAM 以及自主導航避障系統仍能正常工作。
工業級四足機器人應用示意
為了讓工業級四足機器人在泥土沙地、大坡小坎、植被叢生等環境下穩健行走，以及上下樓梯、鉆入狹窄空間時如履平地，追覓科技采用了一種將全身力控制（WBC）和模型預測控制（MPC）相結合的控制器。魯棒性、動態性能好，抗擾動性強，與工業場景具有天然適配性。
從負載能力上看，追覓科技的這款工業級四足機器人最大行走負載（有效載荷）可達 30kg，最大站立負載 60kg。" 我們在前期設計時就反復校驗了設計指標，在關節性能設計上已經考慮了后期作業中的負載特性，讓算法和物理關節有機融合，使得機器人能夠輕松掌控不同動態作業需求。" 上述追覓科技研發工程師補充道。
二、供應鏈與制造的力量
馬斯克曾將現代工廠的建立，視為特斯拉成為一家真正汽車公司的標志。戴森創始人確信「生產線和工廠是浪漫的地方，它們真的很讓人興奮」。
在中國工業實力最強的三大城市之一蘇州，追覓科技建造了智能工廠，能夠滿足機器人核心零部件的生產到組裝的一整套需求。
追覓科技智能工廠
對于科技企業而言，擁有突破性創新僅是第一步。能否擁有技術工程化的能力，將創新技術落地應用量產，考驗的是企業制造和供應鏈能力。
或許，這也是為什么馬斯克在其人形機器人 " 擎天柱 " 原型機剛亮相之時，就敢預測，3-5 年后，人們可以訂購 2 萬美元以內的人形機器人。機器人有很多零部件是通用的。特斯拉的人形機器人傳動之所以采用滾珠絲杠，正是考慮到了與其汽車業務線的協同和量產。
在伺服電機的研發環節上，追覓科技不僅具有相關的研發、設計人才，還有完善的研發與檢測流程。追覓科技的智能工廠擁有 12 條智能化數碼無刷電機生產線，同時追覓科技還有 2.5 萬平米實驗室和測試區域，為四足機器人的大批量生產制造、規模化應用提供了有力支撐。
追覓科技智能工廠
同樣，追覓科技在消費端機器人的零部件供應鏈，也可以復用到產業端。追覓科技上述產品經理介紹稱，以關節模組、傳感器組件為例，追覓科技工業級四足機器人的很多零部件，或是與消費端通用，或是同一廠家出產的不同型號。同時，基于追覓科技在消費端積累的議價能力和成本管控能力，追覓科技這款工業級四足機器人在未來規模化量產時，會更加具備價格競爭力。
目前，追覓科技已經具備完整的機器人產品設計、研發、生產制造能力，能夠保障產品品質穩定可靠。
綜合來看，消費類機器人量產需求帶來的產品管控能力構成了追覓科技的長板，將制造和供應鏈能力長板能力以及技術成功經驗轉移到 B 端，追覓科技為四足機器人的產業化應用帶來了新的可能。
三、「跨界」工業四足機器人的背后
追覓科技聚集了一群熱愛技術的極客，他們有著自己獨特的思維方式 —— 如果想要看到事物本質（比如，到底什么是機器人）時，不妨拆分它們，直至它們被拆分至最小單元，即 " 第一性原理 "。
因此，追覓科技對廣義機器人的定義并不在于其形，而是聚焦在了最小變量、最基本元素 —— 機器人的傳感、處理與執行。從創立之初，追覓科技便持續深耕廣義機器人的底層技術：一方面做執行器件，將高速數字馬達做到行業領先水平；另一方面加強機器人的傳感處理能力，比如 AI 算法對視覺信息數據的處理。
從這個邏輯出發，追覓科技在智能清潔機器人領域取得的成績，可以看作是機器人的核心能力在具體應用端的驗證。就像戴森的氣旋分離器只是其應用于吸塵器產品的第一項核心技術，但戴森從未將自己定義為一家吸塵器公司。
或許，我們可以借由戴森的技術路徑去理解追覓科技這類技術驅動型公司在業務上 " 不拘一格 "。對于戴森來說，吸塵器只是邁出的第一步。他們一直專注于開拓核心技術，并靠這些技術在越來越多的領域延伸出更好的產品 —— 從干手器、吹風機、空氣凈化器等家電，一直「跨界」到機器人、AI、電動汽車甚至農業。
追覓科技每年研發投入占比約 10%，技術人員占比超 70%，逐步構建起數字馬達、SLAM 算法、機器人控制、流體力學等核心技術圖譜。截止至 2022 年 11 月底，追覓科技全球累計申請專利達 3096 件，其中發明專利申請多達 1141 件，PCT 申請 228 件，已累計獲得授權專利 1640 件。其中，廣義機器人方面的專利布局累計 200 多件，涉及電控、傳動、感知等多個核心技術點。
對應 " 廣義機器人 " 理念，追覓科技的研發體系分為上、下兩層 —— 下層瞄準穩定根基的技術積累，比如高速數字馬達、室內場景的機器視覺、語音交互等；上層則設置多個創新研究院，負責基于核心技術、供應鏈的創新技術，研發創新性的產品。上下兩層技術共享，線性傳承，相互賦能。
" 我們在掃地機器人領域積累了深厚的 SLAM 技術，具備非常優秀的地圖管理系統，包括語義地圖自動分割、多地圖的管理、自主回充技術等 "，上述追覓科技研發人員介紹稱，通過適配數據接口部分，能夠快速將這些技術移植到工業級四足機器人上，實現不同品類產品間技術的互通互用，避免重復造輪子，加速新品的應用落地。
四、反哺與升維
當我們將目光從廣機器人的「詩和遠方」，拉回到眼下競爭日趨激烈的家用清潔產品賽道時，發現追覓科技的發展路徑，或許能夠給智能清潔行業帶來新的增長啟發。
" 我們通過對技術指標要求更高的工業場景，積累更多的核心技術高點，這些技術高點又可以復用至我們的 C 端產品，在家用產品上取得創新突破 "。
當前，掃地機器人這類家用服務機器人仍有較長的進化之路要走。它們只能在相對可控、合理的條件下工作，無法越過 2.5cm 以上的障礙物。它們雖然也能繪制和學習家庭地形，但還是會被一些預期之外的東西搞懵。
這些都需要環境感知、語義理解等能力的突破。四足機器人是穩定行走的平臺，工業應用場景的地形、環境往往更加復雜。基于 WBC 算法構建機器人全身行走與執行的穩定性及狀態估計算法，提高了機器人在崎嶇地形與外界沖擊擾動下運動的穩定性和自適應性，從而提升在非結構環境下的適應能力，能夠實現上下樓梯，越過障礙物等行走方式。對于大體積障礙物或垃圾，擁有機械臂的足式機器人，可以執行推開，抓取等處理方式。
" 在未來，可以從四足機器人的特征物體檢測識別、抓取運動規劃、執行機構的設計等經驗，轉化出小型低成本的簡易機械臂設計方法與智能控制算法，遷移至掃地機器人，解決垃圾拾取、收納整理物品等更多家政服務難題 "，追覓科技的產品經理介紹稱。
當然，新技術的首次推出，也往往伴隨著高昂成本和 C 端用戶難以企及的價格。這也是為什么創新技術往往會最先在支付得起高昂技術成本的工業領域啟用。技術成熟、成本下降之后，最后才演變為消費品。
戴森研發出數字馬達時，由于電子電路太貴，數字馬達的價格是傳統馬達的五倍以上，戴森等待新技術成本降下來后，才將其用到所有吸塵器產品上；同樣一架無人機的售價曾經高達數百萬美元，而且用途有限，直到研發人員找到用多個協同旋翼讓小型飛行器懸停的方法后，隨著價格的急劇下降，無人機才被廣泛用于攝影、工業、農業、物流、航空測量等領域。
有機器人行業人士認為，足式機器人已經走上類似無人機的道路。據了解，追覓科技這款完成研發的工業級四足機器人，成本上已低于傳統機器人，在安防、巡檢、救援、勘察、測繪等場景下顯露出更加清晰的應用可能。
工業級四足機器人應用示意
從創立的第一天起，這家公司就將貝爾實驗室、臭鼬工廠放在了內心深處殿堂般位置 —— 想要造出代表未來的機器，鼓勵每一個人大膽實驗、創新、解決問題，善于將技術與豐富的制造經驗相結合，施展強大創造力，去實現目標。
追覓科技也從來沒有把自己定位為一家小家電公司或智能清潔產品公司，而是把自己定位為一家廣義機器人公司，并逐步朝著廣義機器人生態演進，讓機器人技術更加深度地服務家庭和社會，同時在這過程中，孕育出百億、萬億級商業想象力。
用追覓科技創始人俞浩的話來說，" 我們的最終目標是想做一些面向未來，能促進生產力提升十倍、百倍的事，用科技推動人類社會與文明的進步…… 我覺得機器人是非常棒的，它代表了一種人類之光的方向，能帶來社會進步 "。
