深圳市優(yōu)必選科技有限公司是一家集人工智能和人形機器人研發(fā)、平臺軟件開發(fā)運用及產(chǎn)品銷售為一體的全球性高科技企業(yè)。2008年，優(yōu)必選從人形機器人的核心源動力伺服舵機研發(fā)起步，逐步推出了消費級人形機器人、商用服務(wù)人形機器人和Jimu系列品牌機器人，并成功入駐全球部分AppleStore零售店。2017年，優(yōu)必選與清華大學成立智能服務(wù)機器人聯(lián)合實驗室，與悉尼大學成立人工智能研究院，在人形機器人驅(qū)動伺服、步態(tài)運動控制算法、機器視覺、語音/語義理解、情感識別、U-SLAM（即時定位與地圖構(gòu)建）等領(lǐng)域深度布局，積極打造“硬件+軟件+服務(wù)+內(nèi)容”機器人生態(tài)圈，致力實現(xiàn)讓機器人走進千家萬戶的夢想。

阿爾法系列機器人

    該機器人主要用于家庭、學校教育及娛樂市場，操作靈活多變。具有PC端3D可視化動作編輯軟件，支持人機互動；可以手機APP端藍牙高速連接，實現(xiàn)語音指令操作，兼容iOS&Android。機器人內(nèi)置強大的核心源動力“伺服舵機”，控制精度高，機身靈活多變，獲得多項發(fā)明專利。低功耗設(shè)計，充電時間短，續(xù)航能力強。

圖1人形機器人阿爾法一代、阿爾法二代、Lynx

阿爾法系列機器人涉及的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）數(shù)字舵機控制技術(shù)

    采用空心杯電機來設(shè)計大扭矩的數(shù)字舵機，在性能和成本上達到平衡，作為機器人的核心器件，將有效的控制機器人整體成本，真正實現(xiàn)商業(yè)化。包括高性能電機的設(shè)計，采用稀土釹鐵硼永磁材料，讓電機實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度、低重量和小體積的目標；采用有限元仿真的方法，對電機定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，降低反電動勢諧波，實現(xiàn)波形正弦性，提升電機效率、平穩(wěn)性；基于解析法和有限元法，采用無齒槽結(jié)構(gòu)設(shè)計，繞組貼在光滑的鐵芯表面，從原理上消除齒槽轉(zhuǎn)矩。電機變頻控制算法包括通用傳感器設(shè)備信息采集及基于算法的傳感器采樣信息處理，基于矢量化的電機控制算法設(shè)計相應(yīng)的驅(qū)動控制系統(tǒng)，完成對電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及舵機位置的控制。

（2）多關(guān)節(jié)聯(lián)動和平衡技術(shù)

    人形機器人集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術(shù)等多門學科于一體。在機器人跳舞、行走、起臥、武術(shù)表演、翻跟斗等雜技以及各種奧運競賽等動作中，多關(guān)節(jié)聯(lián)動和平衡技術(shù)是重點。阿爾法機器人采用20個伺服舵機作為機器人的運動控制。

圖2 舵機示意圖

（3）基于互聯(lián)網(wǎng)的語音云交互技術(shù)

    用戶發(fā)出語音指令后，機器人的語音采集設(shè)備采集語音信號并進行預處理，通過互聯(lián)網(wǎng)將信息傳輸至云端（語音云服務(wù)器）。云服務(wù)器端進行的處理包括：語音識別（ASR），即讓計算機能夠“聽懂”人類的語音，將語音中包含的文字信息“提取”出來。語音合成，又稱文語轉(zhuǎn)換（TTS）技術(shù)，涉及聲學、語言學、數(shù)字信號處理、計算機科學等多個學科技術(shù)，是中文信息處理領(lǐng)域的一項前沿技術(shù)，解決的主要問題是如何將文字信息轉(zhuǎn)化為可聽的聲音信息，也即“讓機器像人一樣開口說話”。

（4）智能感知及調(diào)節(jié)技術(shù)

    阿爾法機器人智能感知技術(shù)包括：系統(tǒng)存儲空間檢查--當機器人的存儲空間不足時，通過機器人的立體聲喇叭播報“剩余空間不足，無法拍照，請先幫我清理內(nèi)存”；人臉檢測--如果機器人在當前視野范圍內(nèi)，未檢測到人臉，系統(tǒng)會控制機器人頭部轉(zhuǎn)動以尋找待拍照的用戶，如果在頭部轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)未檢測到人臉，機器人會提示“我無法看到你，請站到機器人前面哦”。當機器人檢測到自身電池電量偏低時，機器人發(fā)出電量低的提示語，并自動從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為休息狀態(tài)，以減少耗電量；當機器人檢測到未連接網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)連接中斷時，提示用戶網(wǎng)絡(luò)未連接，并自動進行連接，播報處理結(jié)果等。

（5）用戶行為智能學習技術(shù)

    阿爾法機器人能夠獲取用戶使用習慣數(shù)據(jù)，基于用戶數(shù)據(jù)進行學習分析，進而可以為用戶提供更好的體驗。機器人獲取允許數(shù)據(jù)或用戶使用習慣數(shù)據(jù)是通過集成統(tǒng)計分析SDK方式實現(xiàn)的，以安卓應(yīng)用統(tǒng)計分析為例，下載并解壓縮SDK，將SDK導入智能機器人。然后進行基本功能集成：新增場景類型設(shè)置接口、添加權(quán)限、應(yīng)用啟動的統(tǒng)計。如果應(yīng)用在后頭允許超過一定時間再回到前端，將被認為是兩個獨立的啟動，例如用戶回到主界面，或者進入其他程序，經(jīng)過一段時間后再返回之前的應(yīng)用。

Jimu機器人

    Jimu機器人是唯一在全球500多家蘋果直營店銷售的中國品牌機器人，代表了業(yè)界最高水平的教育類機器人該系列機器人結(jié)合了機械結(jié)構(gòu)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能等多種學科知識的高技術(shù)載體，是STEAM教育理念下機器人的代表。

圖3 Jimu機器人

Jimu機器人涉及的關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）伺服舵機控制系統(tǒng)

    Jimu機器人綜合了多學科的發(fā)展成果，其中核心零部件數(shù)字舵機內(nèi)置MCU系統(tǒng)，含有伺服控制系統(tǒng)，行星減速系統(tǒng)，傳感反饋系統(tǒng)，直流驅(qū)動系統(tǒng)；自主改進PID算法，體積小，扭矩大，控制精度高。其中舵機的關(guān)鍵指標如“扭力/體積”值、控制精度優(yōu)于日韓歐美同類產(chǎn)品，而且價格不到其三分之一。動作執(zhí)行采用數(shù)字舵機作為輸出，主控盒采用STM32芯片作為主控制芯片，以及紅外、陀螺儀、超聲波、觸碰等豐富的傳感模塊。各傳感器模塊化與舵機、主控之間實時流暢通訊。

（2）結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)

    Jimu機器人的外觀裝飾件采用的是拼接卡扣式的零件，上百種零件之間可以做到無縫連接，契合精度高。簡單易上手的零部件，能讓受眾能在快速熟悉了解產(chǎn)品。產(chǎn)品采用耐磨自潤滑的特殊材料，開模精度高。

    Jimu機器人采用鏤空部分剛輪結(jié)構(gòu)的方式減少剛輪重量，同時減少交叉滾子軸承的重量；剛輪的外部和波發(fā)生器輪轂使用鋁合金材料，來減輕重量。

（3）可視化回讀動作編程技術(shù)

    Jimu機器人采用移動端藍牙連接，簡單易懂的PRP（position、record、play）動作編輯功能以及邏輯編程模塊，用戶在進行邏輯編程的同時也可以看到相應(yīng)的模塊以swift語言展現(xiàn)出來。第一次將可視化回讀動作編程技術(shù)以及模塊化的邏輯編程應(yīng)用于百變，大大降低了編程門檻，目前該技術(shù)還沒見有文獻述及。

（4）針對孩子的交互設(shè)計技術(shù)

    操作可見性（a.模型列表大卡片設(shè)計，簡單滑屏的手勢交互，增加了對孩子都模型的吸引力。b.運用可交互元素，使用動效或者投影的視覺效果，增加孩童認知）。減少用戶選擇（孩童不比大人，對于問題的思考不全，所以比較復雜的頁面，盡量拆分開不同的步驟，因為判斷題永遠會比選擇題容易得分）。適時的動效設(shè)計以及操作指引（在不同模塊之間的跨度比較難以連接，需要做一些操作指引來指引用戶），App“3D動態(tài)搭建”圖紙功能通過每個分解的步驟指引愛好者搭建出無窮的創(chuàng)意。

（5）全球社區(qū)分享和智能云端技術(shù)

    社區(qū)模塊：所有的用戶都可以將自己搭建的模型共享到這個平臺，對于共享的模型，我們會采用積分獎勵的制度，同樣這個積分也可以在商城進行實物兌換。對于用戶發(fā)布的模型或者帖子，可以點贊或者評論，獲得相應(yīng)積分，積分可兌換。打通線上線下模塊：線上報名線下活動，讓不同的積木興趣愛好者聚集起來。

    智能云端：官方模型列表獲取，根據(jù)不同國家/地區(qū)進行過濾，顯示不同的語言。文件同步，根據(jù)同一個用戶，所創(chuàng)建的模型，程序，動作等，在不同設(shè)備之間進行同步。零件導入，同步用戶套件零件數(shù)據(jù)，智能判斷用戶所搭的模型零件是否支持。

Cruzr機器人

    Cruzr機器人主要用于家庭、公司、展館，集安防、娛樂、迎賓、宣傳功能于一體，機器人具有移動功能，安裝有攝像頭、麥克風、超聲波、煙霧等傳感器，可進行基于wifi/3G的無線通信，可以自動充電。機器人具備以下功能：自動巡邏、人體檢測、人體跟蹤、人臉識別、遠程遙控、遠程視頻、煙霧探測等安防功能，同時具有觸屏交互控制、語音交互控制、家電遙控、音視頻播放、投影儀等與人互動的能力。

圖4 Cruzr機器人

Cruzr機器人涉及的關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）復雜機器人系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計與集成

    為了實現(xiàn)自然化的客服接待交互、引導帶路等多種綜合功能，Cruzr機器人系統(tǒng)復雜。在硬件方面：由大量不同傳感器、交互設(shè)備、供電、運動控制、運算處理等部件組成。在軟件方面：需要同時采集多路不同傳感器的大量信息，同時執(zhí)行不下數(shù)十種智能算法，實時處理包括命令、交互、碰撞等在內(nèi)的多種事件，還要進行不同任務(wù)的響應(yīng)與切換。隨著功能的增多，機器人的系統(tǒng)龐大而復雜，以修補的方式開發(fā)和升級機器人，會使得系統(tǒng)越來越復雜，越來越不穩(wěn)定。Cruzr機器人從全局出發(fā)，設(shè)計標準化、高效率、開放式的機器人系統(tǒng)架構(gòu)，解決以打“補丁”的方式開發(fā)升級機器人帶來的問題。

（2）計算機視覺核心技術(shù)

    傳統(tǒng)的采用2D圖像的人體檢測方法，準確率還達不到應(yīng)用級別的要求；傳統(tǒng)的入侵檢測方法通常也只適用于固定攝像頭。Cruzr機器人采用深度攝像頭、彩色攝像頭與多種其他傳感器相結(jié)合，改進與利用最近幾年的國際上的突破性技術(shù)，以實現(xiàn)低成本、高準確率、可應(yīng)用的人體檢測、入侵檢測、人臉識別、導航避障等功能。

（3）多模信息融合與智能決策

    Cruzr機器人集成了各種攝像頭、人體紅外感應(yīng)器、超聲陣列、煙霧探測器、麥克風、障礙感應(yīng)器等多種傳感器，要實現(xiàn)的功能模式也是多樣化的，如何綜合利用這些信息，進行智能化的決策，也是關(guān)鍵問題之一。

（4）復雜場景室內(nèi)定位導航技術(shù)

    移動機器人的相關(guān)技術(shù)研究中，導航技術(shù)可以說是其核心技術(shù)，也是其實現(xiàn)真正的智能化和完全的自主移動的關(guān)鍵技術(shù)。在室內(nèi)導航方面，傳統(tǒng)的激光導航的方式價格昂貴，難以被普通用戶接受。Cruzr機器人融合深度攝像頭、紅外攝像頭、超聲傳感器陣列、障礙感應(yīng)器、碼盤獲知的室內(nèi)環(huán)境信息、障礙物信息、機器人本體、目的地位置信息，建立具有學習能力的，可以定位、導航、避障，可以自主移動、自動充電的機器人平臺。

（5）自然化人機交互與控制技術(shù)

    對于機器人而言，通過攝像頭、麥克風等傳感器，結(jié)合多種圖像識別、聲音識別技術(shù)，感知環(huán)境并實現(xiàn)與人的交互以及互動控制，進而實現(xiàn)與人類以及環(huán)境的自然化交互控制，是機器人智能化動作功能的前提。Cruzr機器人集成3G/WIFI無線通訊模塊，設(shè)計良好的用戶交互界面，使主人可以通過遠程的電腦、手機等設(shè)備實時查看家內(nèi)情況，并控制機器人。集成語音交互、觸摸屏交互、動作交互等多種人機交互模式。能在人多嘈雜的公共場景下，如何將語音識別、人臉識別、手勢識別、機器人控制等技術(shù)有機融合，進行客戶的定位，進而提供自然化的交互服務(wù)與動作。