迪士尼是如何制造双足机器人的？

智慧东西8月1日消息，7月15日，迪士尼发表了一篇16页的论文，阐述了他们新型双足机器人BD-X主要的设计和控制措施。这个机器人看起来像《机器人总动员》中的“瓦力”，受《星球对决》中同名机器人的启发。它的硬件使用标准部件和3D打印外壳，腿部有5个自由度，通过强化学习掌握了动画角色的行走姿势，动作灵巧流畅，还锻炼出了动画角色。跨越复杂地形的能力。

这款迪士尼机器人还在不久前的IEEE活动中与杭州宇树科技的机器狗零距离炫耀技术舞蹈。

此前，它以惊喜嘉宾的身份出现在今年3月的英伟达GTC会议上，与英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋进行了亲密互动，并摇摇头。

这一机器人设计理念以娱乐为目的。硬件的复杂性和成本大大降低。然而，迪士尼为这个机器人增加了额外的扬声器、天线、大灯和眼睛，这使得它能够以更多的方式表达自己的“情绪”。

虽然BD-X看上去很生动，似乎真的能理解每个人所说的话，但实际上它是没有主动的感知和行为能力。它的一举一动都是通过人工操作实现的。该机器人配备了来自英伟达的机载计算机Jetson，可以结合人类指令和训练中积累的经验，导出最终的行动指令。

论文地址：https://la.disneyresearch.com/publication/design-and-control-of-a-bipedal-robotic-character/

01.机械设计简单高效，为娱乐和创意服务。

迪士尼在设计BD-X机器人时，选择了不同于大多数企业的路径。他们不追求最好最强大的机械设计，而是选择可以。简单的设计，满足创意和娱乐目的。研究人员成功地整合了动画内容、设计、控制、即时操作等元素，并在不到一年的时间内迅速完成了定制机器人角色的开发。

该机器人主要使用市场上的标准化零件，而外壳是3D打印的，但经过软件调试，在降低硬件复杂性的前提下，仍能取得良好的性能。

这个双脚机器人的总重量是15.4。KG，高0.66米。每条腿有5个自由度，而头部和颈部有4个自由度。腿部自由度高使这个机器人能够完成大动作，高度的头颈自由这样机器人就可以通过动作来表达各种有趣而富有情感的动作。

迪士尼工程师还通过巧妙的设计，让机器人通过与地面的接触，在没有膝盖弯曲执行器的情况下，达到逼真的膝盖弯曲效果。该机器人配备了由微控制器驱动的通信板，可以实现内置计算机、执行器和惯性测量单元之间的通信，次数为600HZ。一个可拆卸的电池为机器人供电，可以持续至少一个小时的运行。

有趣的是，这个机器人除了头部和身体上配备的扬声器外，还有执行器的天线，可以点亮的眼睛和大灯。这类设备为机器人提供了更多的表达情绪的方法。，与此同时，它的控制和驱动都比较独立，因此可以选择是否配备此功能。

02.利用强化学习掌握动画动作，在英伟达Isaac 模拟Gym中的模拟

迪士尼的研究人员将机器人动作分为以下三类，以便为机器人动作提供清晰的框架。

1、连续动作：没有明确的起点和终点。保持机器人稳定，并响应测量状态和连续控制输入流。

2、周期性运动：向策略传递周期性相位信号。在这种模式下，相位信号不断循环。

3、偶尔运动：有预定的持续时间。策略接收单调增加的相位信号，一旦运动结束，就会强制过渡到新的运动。

机器人控制方法它是机器人学中的一个关键概念，指将机器人状态投射到动作或电机指令中的函数。，使机器人能够实现预期的行为和任务。

研究人员让BD-X机器人通过强化学习的方式掌握各种控制方法，并针对以上三种类型的动作。

迪士尼的研究人员根据机器人CAD模型，构建了该机器人精确的物理形态、执行器及其与环境的互动，并通过英伟达机器人训练平台Isaac Gym模拟机器人刚体动力学的特性。研究人员还通过定制的执行模型进一步模拟了该机器人的完整动力学特性。

BD-x机器人动作是根据动画内容学习的。迪士尼的研究人员提取了躯干的整体位置、关节位置和矢量等动画中人物的具体动作指标。这些信息将用来训练这个BD-X机器人模仿动画中的动作。

Isaac 在Gym的模拟训练中，机器人将获得加强学习系统的奖励和惩罚。这个系统会考虑。动作和动画人物的相似性、动作的标准水平(如有无关节扭曲，动作是否顺畅)，机器人是否存活(“死亡”被定义为头部与身体接触地面，或头部与身体碰撞)，并给予相应的奖惩。

在训练过程中，系统还可以模拟随机扰动、驱动力以及不同的地形，这样就提高了机器人的鲁棒性（Robustness，指抗干扰性或稳定性)。

03.通过复杂的控制器实现运动，没有主动感知和行动能力。

在发表这篇论文时，迪士尼的研究人员表示，BD-X机器人已经公开展示了10个小时的运行时间。在这10个小时里，这个机器人表现完美，一次也没有摔倒。很多观众被这个机器人可爱的外表所吸引，却没有注意到这个机器人控制器。

事实上，BD-X机器人没有任何主动行为和感知能力。，它的动作是由专业人员操作复杂的控制器来实现的。在运行过程中，操作人员可以使用直观的遥控交互界面来控制这个机器人。这个操作设备比较复杂，有两个遥杆和两个路径板，正反面总共有十几个按钮。

虚拟训练结束后，神经控制方法的权重被冻结，战略网络被部署到机器人机载计算机Jetson上。部署后的控制方法和基层控制器可以直接与机器人的硬件互动，并且可以将惯性测量单元和执行器的测量数据融入其中。

机器人内置动画引擎可以自动将操作员输入指令，结合机器人内置的战略控制指令、显示功能信号(天线、双眼、大灯控制指令)和声音信号，为控制方法生成最终指令。

人工操作指令与内置策略控制指令的结合，可以防止科研人员在机器人训练过程中想要避免的动作，如摔倒、僵硬、不流畅等。

展示功能和音频是机器人的控制元素，在表达角色方面起着关键作用，但是不会影响系统的动态。。通过动画引擎发出的动画信号和状态反馈与机器人的运动同步。

04.结论:AI让动画角色走进现实，“不切实际”的机器人也有价值。

事实上，迪士尼是机器人领域的资深玩家。自20世纪60年代以来，他们一直深入研究机器人，并试图在迪士尼乐园布局他们的研究成果，探索各种方式和场景，让动画人物进入现实世界。

随着人工智能技术的发展，机器人的一举一动都更加真实自然，而加强学习使得专业动画师制作的人物动作在现实中落地。虽然BD-X机器人不能像其他双脚机器人一样进入工厂和流水线，但我们也很高兴看到机器人技术进一步发展以娱乐为目的，这样普通人就可以享受机器人带来的快乐。

本文来自微信微信官方账号的“智东西”（ID：zhidxcom），编辑：陈骏达，编辑：Panken，36氪经授权发布。

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