特斯拉機器人帶來全球首秀 未來人形機器人數量將會達到百萬臺量級
http://www.moduwu.com 2022-10-08 10:01 來源：智通財經
美國當地時間9月30日，特斯拉舉辦了2022 AI Day活動，馬斯克與特斯拉工程師團隊現身會場，帶來了Tesla Bot人形機器人“Optimus”原型機的全球首秀。
“今天是我們第一次將Tesla Bot展現給世人，準備好了嗎?”在馬斯克的話音中，Optimus原型機重磅登場，轉身、停止、揮手問候等流暢動作引得觀眾歡呼。這是Optimus第一次在無人操作的情況下自主行走，特斯拉沒有為它安裝外殼，而是直接將內部構造呈現出來，關節、骨骼、電纜等設備清晰可見，直觀展示每個動作細節。
據悉，特斯拉在機器人的內部結構設計上，基于對人體特征的洞察，深度思考各執行器與電力系統布局。Optimus機器人軀干處搭載了2.3kWh、52V電池包，高度集成了充電管理、傳感器和冷卻系統。這意味著從傳感到融合、再到充電管理，都匯集到這一系統內，這也是借鑒了特斯拉在汽車設計方面的經驗。
同時Optimus身體共有28個自由度，采用了更加靈活的彈簧負載設計與6種類型執行器，關節采用仿生學關節設計，模擬人類關節與肌腱形態，手部則采用人體工程學設計，擁有11個自由度。而在“感官”上，在經過完全自動駕駛能力系統的實際應用驗證后，特斯拉強大的計算機視覺已可直接應用于機器人。
此外，Optimus還搭載與特斯拉車輛相同的FSD電腦以及Autopilot相關神經網絡技術，自動駕駛技術的研究成果也幫助特斯拉在人形機器人領域打下了堅實基礎。特斯拉工程師表示，特斯拉車輛已經安裝了FSD電腦，希望可以將自動駕駛經驗與人形平臺相結合，但機器人的實際需求和形式都與汽車存在差異，所以還需要適當調整。
目前，Optimus已經可以完成行走、上樓梯、下蹲、拿取物體等動作，也能在少量外部干擾的情況下依舊保持平衡。現場視頻中，特斯拉還展示了擎天柱被工作人員用木棍戳刺上半身，但并未摔倒或長時間搖晃，僅稍微前傾后便穩住姿態，出色地應對了挑戰。
據馬斯克透露，Optimus機器人產量應該可以達到數百萬臺，預估機器人最終價格將在2萬美元以下，3-5年間Optimus即可量產上市。預計機器人業務的價值最終可能超過特斯拉的汽車收入。
擎天柱背后都有哪些技術加持？
人形機器人主要有人機交互、環境感知、運動控制這三大核心技術。特斯拉智能汽車≈自動駕駛+輪式機器人——電動車自動駕駛賦能Optimus人機交互、環境感知相關技術，背后是傳感器方案、FSD芯片及核心算法平臺等；
例如特斯拉機器人使用了單顆特斯拉自研SoC芯片，不同于特斯拉在汽車上使用的雙芯片自動駕駛方案。
再如，為了保護機器人，研發人員對其結構基礎進行了優化，在人形機器人摔倒時不會把變速器和胳膊弄壞，就可以將這一技術應用到機器人之上。畢竟一臺機器人的維修成本很高。
研發人員還采用了與汽車相同的底層技術，讓機器人在所有組件中產生壓力，使得其行走控制變得更加容易，也不會那么僵硬。
“擎天柱”的關節驅動器共有6種，包括三種不同規格的舵機、三種不同規格類似重量秤一樣的牽引執行器等。
在極限范圍內進行測試，其關節驅動器抬起一架半噸重的鋼琴，這也是人形機器人必須具備的功能。
但從“輪式機器人”到高達40個自由度（關節）的人形機器人，機電硬件（主要是電機及其驅動器+減速機）、運動軟件算法待突破&迭代。根據專業人士的分析，具體來說：
1、下肢運動
馬斯克選擇自主研制電機驅動的思路是合理的，也是特斯拉公司的強項。但是從驅動關節到下肢運動能力，特斯拉機器人還是相對落后，阿西莫機器人在平衡運動能力和波士頓動力的超強運動能力顯然更為先進。
研發人員將人類的膝蓋和其運動過程中所受的力線性化，從而學習如何讓機器人膝蓋使用更少的力來構建，讓其能實現更好的力度控制，并讓相關結構緊密的包裹在膝蓋周圍。
在執行器的具體配置上，針對不同載荷和運動精細程度的要求，采用了不同的內部結構和軸承裝備方案。
比如左側的交叉滾子軸承，右側的四點接觸軸承和球軸承等。
另外，機器人能源的電池技術和驅動電機結合也是特斯拉的優勢。“擎天柱”身體中間有2.3kWh的電池組能支持人形機器人工作一整天。這個電池組的獨特之處在于，它把所有的電池電子都集成到了一起，傳感器融合電荷管理等，利用汽車和機能源產品將其融合到一起。這也是特斯拉流線型制造的高效之處。
2、上肢操作
特斯拉機器人的仿人手設計應該說很常規。6個主動自由度，11個關節自由度。宣傳說既可以完成大口徑物體抓取，同時也能滿足抓取精巧物體的需求，并搭載了能夠驅動手指并進行感知的傳感器，但是也沒有給出更具體的技術參數。
從上肢操作展示看，能力應該很普通。并且上肢手臂操作中重要的末端腕力傳感器和觸覺傳感器，從宣講會看，馬斯克團隊還沒開始考慮。
3、智能程度
?。?）智能感知
特斯拉公司利用計算機視覺識別高頻特征，讓人形機器人能夠快速找到最近的充電站。目前只是具備了一定的視覺感知能力。
在軟硬件配置上，特斯拉汽車和機器人采用了同款視覺感知。Tesla Bot 的導航系統就是一個很有意思的3D路徑導航。
開發人員強調，特斯拉機器人的AI技術跟FSD是同源的！也就是說它會自己識別環境，自己找到需要的東西，并自己做要做的事。
特斯拉機器人還支持室內路徑規劃，不僅會走路，還會像人一樣走路，還能通過視覺識別判斷物體。
?。?）智能交互
在宣講后的記者交流會上，也有問及是否考慮集成自然語言交互技術，馬斯克也說到未來會考慮這方面。至少目前Optimus機器人狀態還不算有智能交互的能力。
?。?）智能操作
Optimus機器人為能快速實現擬人操作，設計了基于穿戴式示教的操作學習方法。通過捕獲人體操作的關鍵幀，并將其映射到機器人上，以此解決機器人在抓取物體時手應該放在哪里，如何進行搬運放置等操作。
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