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小米CyberDog四足机器人的AI运动系统的实现

2021年8月10日,雷军宣布造车后第二次发表演讲。

现场展示上,小米发布了旗下首款四足步行机器人——,其英文名是“”。 这种“高品质人类宠物”可以行走、站立、小步跳舞等等。

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铁蛋现场展示

官方运动性能参数中介绍,除了这些之外,还支持恢复站立、姿势显示、慢躺、慢跑、小跑、跑步、跳跑、跳跃、倒地恢复、翻滚、握手、跳舞、转圈、鞠躬、坐下等一系列功能性动作。

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小米官网介绍铁蛋运动性能

这款看上去像小狗的机器人,实际上是一种备受业界关注的新产品形态——仿生四足机器人。 全身拥有11组高精度传感器,时刻待命,能够主动检测外界细微变化。 它配备了AI超级计算机——NX平台,可以处理来自多个传感器的海量数据。 同时采用自主研发的高性能伺服电机,通过全志MR813芯片控制全身的运动模块。

如果把传感器组比作“眼睛”,那么NX就是它的“大脑”,伺服电机就是它的“肌肉”,MR813就是它的“小脑”。

我们来分析一下铁蛋的各个“器官”是如何组成它的运动系统的。

#01 Brain- 控制器

“大脑”是 的 NX 平台,这是一款用于嵌入式和边缘系统的人工智能超级计算机。 它集成了6核ARM v8.2 64位CPU、配备384个CUDA核心和48个核心的GPU、2个NVDLA引擎深度学习加速器和7路VLIW视觉处理器。 最高可提供21T算力。 这确保了从传感器系统捕获的大量数据可以不受任何阻碍地进行处理,并且可以准确地理解所有者的意图。 同时支持2个MIPI CSI-2 D-PHY通道、以太网、WIFI/BT、HDMI、多通道USB等。

有了这个大脑,这只机械狗甚至可以直接连接外部显示输入设备,变身为“电脑”。 当然,它并不是我们传统意义上使用的那种个人电脑,而是用于开发等目的。

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NX# 02 Eye-11组高精度传感器

为了让铁蛋真正看起来像狗,小米为其配备了超过11组高精度传感器,包括Intel D450深度摄像头、AI交互摄像头、双目超广角摄像头、TOF传感器、环境光传感器、超声波传感器、惯性测量单元、GPS模块、地磁传感器、光流量计、6MIC环形阵列、触摸传感器等。有了这些丰富的传感器,就像白眼的“感应忍者”一样,可以敏锐地感受到“查克拉”在他周围流动并进行避障、预警等动作。

不仅是硬件堆砌,小米手机影像部门还亲自介入,将其在手机领域深耕多年的影像技术应用到四足机器人领域,将硬件性能发挥到极致。 例如,自主跟随能力源自人脸识别技术,SLAM建图和导航避障功能均源自视觉检测技术,是成像技术的延伸。 通过成像技术感知环境后,通过算法创建地图并进行导航。 最终规划出最优路线。

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#03 肌肉自研伺服电机

全身自由度为12,单腿自由度为3,即每只脚的大腿关节处有两个电机,小腿关节处有一个电机,总共12个电机。 12个电机的组合可以让你自由地进行奔跑、跳跃、翻筋斗等高难度动作。 据悉,这12个伺服电机均为小米自主研发。 每个的最大扭矩为32N·m,最大速度为。 它可以使这台14KG的机器以11.5km/h的速度移动。 这个速度和普通人晨跑的速度差不多。 速度相当,主人可以带狗去跑步。

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伺服电机性能参数#04小脑-全志MR813

“小脑”采用的是国内知名芯片设计厂商全志科技的MR813。 MR813将负责MPC算法的执行、运动控制、电源系统管理和OTA系统管理。 也就是说,四条腿和上面的12个伺服电机都会在MR813的控制下有序地运动,不会出现平滑转弯或“跳跃”的情况。

MR813是全志科技针对运动机器人市场推出的一款高性能SoC。 它拥有4核A53架构,主频高达1.6GHz,拥有丰富的音视频接口和运动驱动接口。

据悉,MR系列芯片已广泛应用于扫地机器人产品,包括小米、石头扫地、追米等知名厂商。 此次MR813的使用也复用了筑米成熟的运动驱动模块,可以保证产品的性价比、稳定性和量产性。

也就是说,MR813在其他产品中被用作“大脑”,但在手机中仅用作“小脑”。 这展现了MR813的强大性能,也彰显了小米在材质选择上的务实和良心。

MPC算法采用著名的开源四足MPC算法MIT Mini。 仿生四足机器人MPC算法的研究一直是近年来的热门话题。 这种MIT算法受到了开发者的广泛欢迎。 很多DIY开发者甚至专业厂商都会基于这个算法进行开发。 MR813为算法的运行提供了高效、稳定的环境。

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MR813系统框图

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米家扫地机器人1T采用MR813作为“大脑”

#05 神经系统 – 系统集成

整体系统框架方面,采用主流机器人开源架构ROS 2。 它提供了一系列库和工具来帮助软件开发人员创建机器人应用软件。 它还提供硬件抽象、设备驱动程序、库函数、可视化和消息。 交付和包裹管理以及许多其他功能。

其中NX运行18.04操作系统。 11组高性能传感器获取的环境信息传输至NX后,经过NX处理后,将运动信息通过千兆网口发送至MR813,由MR813进行整体运动控制。 ,分别控制一个用于OTA和电池组管理的MCU和另一个用于电机控制的MCU,通过CAN 2.0与12个高性能伺服电机进行通信。

整体系统框架方面,采用主流机器人开源架构ROS 2。 它提供了一系列库和工具来帮助软件开发人员创建机器人应用软件。 它还提供硬件抽象、设备驱动程序、库函数、可视化和消息。 交付和包裹管理以及许多其他功能。

其中NX运行18.04操作系统。 11组高性能传感器获取的环境信息传输至NX后,经过NX处理后,将运动信息通过千兆网口发送至MR813,由MR813进行整体运动控制。 ,分别控制一个用于OTA和电池组管理的MCU和另一个用于电机控制的MCU,通过CAN 2.0与12个高性能伺服电机进行通信。

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小米系统框图#市场展望

目前仿生四足机器人领域最成熟的研发团队是波士顿动力公司。 其研发的“大狗”系列仿生机器人已经拥有十多个产品型号分支,但价格却达到了惊人的7.5万美元(约合人民币48万元),这个价格让很多普通消费者望而却步。

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今年6月,国内玉树科技发布了GO1,共有三个版本:G01 Air基础款售价2700美元、G01售价3500美元、G01 Edu售价8500美元。 这个价格可以说是第一开的。 普通消费者中的四足机器人市场,由于功能不足,目前仍难以进入大众视野。

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也就是说,GO1的起售价仅为16000元,但这一价格记录已被小米9999打破。

不过,从目前供应链得到的信息来看,NX核心模块的市场价格在3000元以上,Intel D450深度摄像头的市场价格在1500元左右。 这两个关键部件的成本已经接近硬件成本。 一半。 虽然全志的芯片一向以高性价比着称,但作为扫地机器人的大脑级芯片,加上12个伺服电机、电池、金属外壳等材料,售价9999元,着实让人心动。 “交朋友” 。 截至2021年8月底,虽然产品还没有发货,但已经有人以几倍的价格购买了配额。

小米副总裁常程在微博上回应了“为什么要做这样一个机器人”的问题:

“这也是投资未来的决定。

一方面,仿生机器人未来在服务、工程、安防、医疗等诸多领域具有巨大的市场潜力。 另一方面,作为一家全球科技公司,小米需要尽快在前沿领域进行全面布局,巩固专利储备。 探索仿生机器人的过程也是一个技术预研的过程,其中机器视觉、导航避障、人机交互、AI语音算法等技术可以反馈到手机、智能家居等产品。 ”

同时,我们在这款产品上看到了小米强大的模块集成能力。 项目中调动了核心移动影像部门、小爱AI部门、语音算法部门、生态链公司追米、芯片原厂。 全志科技等众多部门和合作伙伴从概念设计到机械结构设计、BSP、算法移植、系统联调和最终产品交付仅用了10个月的时间。

上一次我们看到这样全组一起制作玩具的场景,还是《兄弟4》中的三国藤吉集结了三国重工的最高技术,打造出他的速度极快的眼镜蛇时。 事实上,这些模块也是自动驾驶技术的热门话题。 结合此前造车的公告,外界推测其实际上是在为小米汽车的团队建设和技术预研做准备。

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