Apptronik开发多用途人形机器人

Apptronik’s Quick Development Humanoid (QDH) is the prototype for its general-purpose humanoid robot, Apollo.

目前有一些机器人公司都在研发所谓的多用途人形机器人 —— 人类大小的人形机器人，具有可移动的腿和可操纵的手臂，能够（或有一天能够）在主要为人类设计的环境中执行有用的任务。

我们（作者，以下简称我）倾向于以一些怀疑的态度看待可商业化的通用人形机器人的说法，因为人形机器人的研发非常复杂。在研究环境中，它们仍旧非常困难，而这通常是将其商业化前需要首先完成的事情。当然，有一些公司正在为实用的腿式系统做一些惊人的工作，但在这一点上，“实用”所强调的更多的是使其不摔倒，而不是性能或成本效益。以这种方式解决类人问题的总体方法往往是构建一种复杂而昂贵的东西，以满足需求，并随着时间的推移降低成本，从而使其达到一个足够实惠的程度，成为解决实际问题的实用解决方案。

总部位于得克萨斯州奥斯汀的Apptronik是最新一家尝试制造多用途人形机器人的公司。它的方法是从一开始就关注成本和可靠性等问题，从头开始开发（例如）自己的执行机构，确保其成本效益和供应链友好。

Apptronik的目标是开发一个成本远低于10万美元的平台，它希望到2030年能够完成交付100万美元，计划在今年年初展示原型。根据我们最近看到的商业人形机器人，这似乎是一个巨大的挑战。后续我们会持续关注，并与Apptronik的联合创始人进行深入讨论，以了解他们将如何实现这一目标。

首先回顾一下该公司的历史。2016年，Apptronik从德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）的Human Centered Robotics Lab分拆出来，但该公司将其机器人历史追溯到2015年的DARPA机器人挑战赛（DARPA Robotics Challenge）。Apptronik的首席技术官兼联合创始人Nick Paine是NASA-JSC Valkyrie DRC团队的成员，Apptronik第一份合同是为NASA开发下一代驱动和控制系统。从那时起，该公司一直在为多家大型公司开发机器人项目。特别是，Apptronik开发了Astra，一种用于灵巧双手操作的人形半身机器人，目前正在测试供应链使用。

但Apptronik并没有放弃与NASA的合作。2019年，美国国家航空航天局（NASA）制定了Valkyrie 2计划，这将是对Valkyrie平台的彻底重新设计。与NASA许多项目一样，潜在的新型人形机器人在预算优先考虑的情况下并没有持续很长时间。但即使在当时，我们也不清楚为什么NASA想要建造自己的人形机器人，而不是请其他人为其建造一个，因为过去十年中我们看到了人形机器人的巨大进步。最终，NASA决定推进更多的合作模式，这就是Apptronik与NASA的合作方式。Apptronik和NASA之间的合作将有助于加速Apollo的商业化。

NASA约翰逊航天中心Dexterous Robotics团队负责人Shaun Azimi表示：“我们认识到，Apptronik正在制造一种专为地面用途设计的生产机器人。从NASA的角度来看，我们的目标是鼓励技术和人才的发展，这将通过Artemis计划和展望火星为我们提供支持。”

Apptronik联合创始人兼首席执行官Jeff Cardenas表示：“Apollo是我们一直想要打造的机器人。”这种新型人形机器人是惊人数量的研发成果的顶点，一直到执行器级别。Cardenas解释道：“作为一家公司，我们已经制造了30多个独特的电动执行器。我们现在已经磨练了我们的方法，并致力于将其应用于商业人形机器人。”

Apptronik对商业化的重视，使其对机器人技术的发展有了与NASA那样专注于纯研究时截然不同的视角。要打造一款商业产品，而不是一非常酷但极其复杂的定制人形机器人，需要考虑最小化零件数量、最大化可维护性和鲁棒性以及保持总体成本可控等问题。Apptronik首席技术官Nick Paine解释道：“我们的出发点是首先找出最小可行人形机器人的样子。然后需要迭代来增加解决特定问题所需的复杂性。”

这个机器人叫Astra。它只是一个上半身，是Apptronik的第一款产品，（没有腿）的设计意味着它是为操纵而设计的，而不是动态运动。Astra是力控制的，具有一系列弹性扭矩控制致动器，使其在动态环境中（尤其是在人类周围）工作时具有必要的顺应性。Paine说：“Astra非常独特。我们试图用该系统实现的是在操作工作空间和有效载荷方面接近并达到人类水平的能力。这个机器人教会了我们很多关于操作的知识，并实际在世界上做了有用的工作，所以这就是我们想要的。”

虽然Astra目前正在世界各地与客户进行试点项目（主要是在物流领域），但在内部，Apptronik已经转向继续研发有腿的机器人。以下视频是Apptronic首次公开分享的一款机器人，该公司称其为Quick Development Humanoid（QDH）：

QDH在Astra的基础上增加了腿部，在上身增加了一些额外的自由度，以帮助移动和平衡的同时简化上身，实现更基本的操作能力。它只使用三种不同类型的致动器，所有的东西（从结构到致动器，从电子到软件）都是由Apptronil设计和制造的。Paine说：“有了QDH，从实用性的角度来看，我们正在接近最低可行产品，这正是推动我们软件和硬件开发的真正原因。”

Cardenas补充道：“人类在人形机器人方面所做的基本上是采用工业机器人中使用的相同类型的架构，并将其应用于构建本质上是多自由度工业机器人。我们正在考虑构建这些系统的新方法，利用大规模制造技术，使我们能够开发出一种高自由度的机器人，并且使其与当今许多工业机器人一样经济实惠。”

Cardenas解释说，人形机器人成本的主要驱动因素是不同零件的数量、某些特定零件的精密加工，以及将这些机器人组装在一起所需的时间和精力。作为一个内部控制试验台，QDH帮助Apptronik探索如何切换到不那么复杂的零件，并降低零件总数。Apollo的计划是完全不使用任何高精度或专有组件，这将缓解许多供应链问题，并将帮助Apptronik达到机器人的目标价位。

Apollo将是一个全新的机器人，基于Apptronik从QDH中学到的经验。它将是人类的平均尺寸：身高约1.75米，体重约75公斤，能够举起25公斤的重量。并且，它的设计可以在室内或室外不受束缚的情况下运行。从广义上讲，Apptronik将Apollo定位为一种高性能、易用、多功能的机器人，可以做很多不同的事情。Apptronik本身将确保Apollo能够完成所有基本功能（如移动和操纵），从而具有基本价值，但该公司将多功能性视为实现大规模部署的途径，并因此节省成本。

“I see the Apollo robot as a spiritual successor to Valkyrie. It’s not Valkyrie 2—Apollo is its own platform, but we’re working with Apptronik to adapt it as much as we can to space use cases.”
—Shaun Azimi, NASA Johnson Space Center

虽然Apptronik的目标是让Apollo在短期到中期内实现自主，但其方法将是混合自主，由人类从监督少数Apollo扩展到监督许多Apollo，并在必要时通过远程操作提供直接指导。Paine说：“这确实是有很多商机的地方。”Cardenas对此也表示同意。

Apptronik目前仍在保密Apollo设计的细节。我们看到了机器人的效果图，但可以理解的是，由于机器人的设计可能会改变，Apptronik选择暂不公开。不过，Apollo的首次亮相日期确认是在3月于奥斯汀举行的SXSW上。