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    深圳市優必選科技有限公司是一家集人工智能和人形機器人研發、平臺軟件開發運用及產品銷售為一體的全球性高科技企業。2008年，優必選從人形機器人的核心源動力伺服舵機研發起步，逐步推出了消費級人形機器人、商用服務人形機器人和Jimu系列品牌機器人，并成功入駐全球部分AppleStore零售店。2017年，優必選與清華大學成立智能服務機器人聯合實驗室，與悉尼大學成立人工智能研究院，在人形機器人驅動伺服、步態運動控制算法、機器視覺、語音/語義理解、情感識別、U-SLAM（即時定位與地圖構建）等領域深度布局，積極打造“硬件+軟件+服務+內容”機器人生態圈，致力實現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，實現語音指令操作，兼容iOS&Android。機器人內置強大的核心源動力“伺服舵機”，控制精度高，機身靈活多變，獲得多項發明專利。低功耗設計，充電時間短，續航能力強。

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鍵技術：

（1）數字舵機控制技術

    采用空心杯電機來設計大扭矩的數字舵機，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，真正實現商業化。包括高性能電機的設計，采用稀土釹鐵硼永磁材料，讓電機實現高轉矩密度、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，對電機定轉子結構優化設計，降低反電動勢諧波，實現波形正弦性，提升電機效率、平穩性；基于解析法和有限元法，采用無齒槽結構設計，繞組貼在光滑的鐵芯表面，從原理上消除齒槽轉矩。電機變頻控制算法包括通用傳感器設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計相應的驅動控制系統，完成對電機的轉速、轉矩及舵機位置的控制。

（2）多關節聯動和平衡技術

    人形機器人集機、電、材料、計算機、傳感器、控制技術等多門學科于一體。在機器人跳舞、行走、起臥、武術表演、翻跟斗等雜技以及各種奧運競賽等動作中，多關節聯動和平衡技術是重點。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）基于互聯網的語音云交互技術

    用戶發出語音指令后，機器人的語音采集設備采集語音信號并進行預處理，通過互聯網將信息傳輸至云端（語音云服務器）。云服務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，又稱文語轉換（TTS）技術，涉及聲學、語言學、數字信號處理、計算機科學等多個學科技術，是中文信息處理領域的一項前沿技術，解決的主要問題是如何將文字信息轉化為可聽的聲音信息，也即“讓機器像人一樣開口說話”。

（4）智能感知及調節技術

    阿爾法機器人智能感知技術包括：系統存儲空間檢查--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，請先幫我清理內存”；人臉檢測--如果機器人在當前視野范圍內，未檢測到人臉，系統會控制機器人頭部轉動以尋找待拍照的用戶，如果在頭部轉動范圍內未檢測到人臉，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，機器人發出電量低的提示語，并自動從工作狀態轉換為休息狀態，以減少耗電量；當機器人檢測到未連接網絡或者網絡連接中斷時，提示用戶網絡未連接，并自動進行連接，播報處理結果等。

（5）用戶行為智能學習技術

    阿爾法機器人能夠獲取用戶使用習慣數據，基于用戶數據進行學習分析，進而可以為用戶提供更好的體驗。機器人獲取允許數據或用戶使用習慣數據是通過集成統計分析SDK方式實現的，以安卓應用統計分析為例，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：新增場景類型設置接口、添加權限、應用啟動的統計。如果應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，經過一段時間后再返回之前的應用。

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，代表了業界最高水平的教育類機器人該系列機器人結合了機械結構、電子技術、傳感器技術、自動控制技術、人工智能等多種學科知識的高技術載體，是STEAM教育理念下機器人的代表。

圖3 Jimu機器人

Jimu機器人涉及的關鍵技術如下：

（1）伺服舵機控制系統

    Jimu機器人綜合了多學科的發展成果，其中核心零部件數字舵機內置MCU系統，含有伺服控制系統，行星減速系統，傳感反饋系統，直流驅動系統；自主改進PID算法，體積小，扭矩大，控制精度高。其中舵機的關鍵指標如“扭力/體積”值、控制精度優于日韓歐美同類產品，而且價格不到其三分之一。動作執行采用數字舵機作為輸出，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）結構輕量化技術

    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品。產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構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

    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的模塊以swift語言展現出來。第一次將可視化回讀動作編程技術以及模塊化的邏輯編程應用于百變，大大降低了編程門檻，目前該技術還沒見有文獻述及。

（4）針對孩子的交互設計技術

    操作可見性（a.模型列表大卡片設計，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意。

（5）全球社區分享和智能云端技術

    社區模塊：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。對于用戶發布的模型或者帖子，可以點贊或者評論，獲得相應積分，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，根據不同國家/地區進行過濾，顯示不同的語言。文件同步，根據同一個用戶，所創建的模型，程序，動作等，在不同設備之間進行同步。零件導入，同步用戶套件零件數據，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機器人涉及的關鍵技術如下：

（1）復雜機器人系統架構設計與集成

    為了實現自然化的客服接待交互、引導帶路等多種綜合功能，Cruzr機器人系統復雜。在硬件方面：由大量不同傳感器、交互設備、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，同時執行不下數十種智能算法，實時處理包括命令、交互、碰撞等在內的多種事件，還要進行不同任務的響應與切換。隨著功能的增多，機器人的系統龐大而復雜，以修補的方式開發和升級機器人，會使得系統越來越復雜，越來越不穩定。Cruzr機器人從全局出發，設計標準化、高效率、開放式的機器人系統架構，解決以打“補丁”的方式開發升級機器人帶來的問題。

（2）計算機視覺核心技術

    傳統的采用2D圖像的人體檢測方法，準確率還達不到應用級別的要求；傳統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合，改進與利用最近幾年的國際上的突破性技術，以實現低成本、高準確率、可應用的人體檢測、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、人體紅外感應器、超聲陣列、煙霧探測器、麥克風、障礙感應器等多種傳感器，要實現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，也是關鍵問題之一。

（4）復雜場景室內定位導航技術

    移動機器人的相關技術研究中，導航技術可以說是其核心技術，也是其實現真正的智能化和完全的自主移動的關鍵技術。在室內導航方面，傳統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、障礙感應器、碼盤獲知的室內環境信息、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

    對于機器人而言，通過攝像頭、麥克風等傳感器，結合多種圖像識別、聲音識別技術，感知環境并實現與人的交互以及互動控制，進而實現與人類以及環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、手機等設備實時查看家內情況，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、機器人控制等技術有機融合，進行客戶的定位，進而提供自然化的交互服務與動作。