世界上最快的遥操作机器人QIBBOT拳击机器人项目的四年历程

世界上最快的遥操作机器人QIBBOT拳击机器人项目的四年历程

控制以及AI算法。很难在有限的篇幅描述全部细节。以下，将着重介绍主要的技术挑战以及我们如何解决它。

遥操作装置，机械（驱动与传动），控制，实时计算。

在操作者与机器人在同一现场的情况下（例如，QIBBOT以及上述图8-10的机器人），采用高速网络可以将通讯的延迟降低到远小于1毫秒。因此，通讯延迟可以忽略。

QIBBOT的遥操作装置是OCULUS的VR设备Rift S。它自身的延迟是4毫秒。这个延迟是厂家设备内在的，作为用户，我们无法减小它。

通过优化程序代码，实时计算带来的延迟可以减小到1毫秒。

在QIBBOT系统中，大部分的延迟来自机械与控制系统。QIBBOT机器人的主要创新也在这两方面：

（1） 机械结构设计

机械的延迟是物理定律造成的，无法消除，但是可以通过巧妙的设计尽可能降低它。我们建立了准确的机器人运动学与动力学模型。利用模型，我们优化了多个设计参数，并且为QIBBOT设计了新的传动系统，从而降低了机械系统的延迟。

（2） 控制算法设计

在QIBBOT的控制算法中，除了常规的运动控制以外，我们专门设计了一个新的预测控制器。它可以实时预测系统延迟，并提前响应，从而抵消了一部分由机械系统和VR设备带来的延迟。

在下面的试验结果可以看到，通过这一系列的方法，QIBBOT的响应延迟降低到了12毫秒。同时，它的速度比任何其它遥操作机器人都更快。

四. 实验：意料之中与意料之外

2019年至2022年，我们用三年时间研制了第一代QIBBOT（图11）。它的速度与延迟没有达到预期的目标。通过分析试验数据，我们找到了新的主意，只用一年（2022-2023）完成了第二代QIBBOT的研发（图12）。它高190cm，重140Kg，臂长150cm（是操作者臂长的两倍）。它的身高与体重都比第一代QIBBOT略小。第二代QIBBOT基本实现了设计目标。

图11. QIBBOT第一代原型（2019-2022）

图12. 第二代QIBBOT（2022-2023）（作为对比，操作者身高180cm）

延迟

从图13的1/10速度慢动作镜头，可以看到，QIBBOT的延迟极低（只有12毫秒），肉眼几乎看不到。

图13. QIBBOT的延迟测试

速度

在遥操作的模式下，QIBBOT的速度受限于操作者，因为机器人只能跟踪操作者的动作，而不能比他更快。其实，在AI模式下，机器人自己的速度可以更快（见图14），每次出拳只需要0.1秒。

图14. QIBBOT机器人速度测试（上）以及1/10速度慢动作（下）

玩家的游戏体验

由于QIBBOT系统的延迟已经低到几乎无法被人感觉到，只需要一分钟的训练，玩家就会产生沉浸感（仿佛机器人成为自己身体的延伸）。VR手柄控制的大型机器人的快速运动与对抗，带给玩家的感觉是非常震撼的（见图），还有一丝恐惧感。机器人出拳时的虎虎生风，击中时的剧烈碰撞，重达140公斤的机器人身体快速运动时产生的轰隆声和地板的颤动，这些只有在现场才会感觉到。仅仅观看视频或动图，是无法想象这些震撼体验的。这样的一种全新而且独特的游戏体验，VR电脑游戏或小型玩具机器人是无法产生的。

图15. 大型机器人带给玩家震撼的感觉

机器人是有生命的吗

虽然QIBBOT的每一个零件都是我们设计的，每一根线缆都是我们接好的，但是，当它真的动起来的时候，似乎变成了一个有生命，有自己小脾气的个体（尤其在AI模式下）。它的许多行为变得不可预料。有时候，我们因为它的一个错误结果焦头烂额，近乎绝望了，它突然会变得很乖，超过我们预期的表现，带给我们一份惊喜。也有时候，试验进行的非常顺利，我们以为驶上了快车道，正在暗自高兴的时候，突然前方出现一个断崖，又一次无路可走了。

这样一个复杂的动力学系统，实验中难免会出现无法预料的失败结果（例如，图16）。失败的实验并非毫无意义，它告诉我们问题所在。经过深入的分析和测试，时常会产生出乎意料的新发现和新思路。“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处”

图16. 当AI出错时（AI控制的机器人击碎了对方的外壳）

关于AI

机器人的控制包括两层结构：底层是运动控制，产生机器人的各种动作：进攻，躲避，等等。AI只是工作在上层，负责产生拳击的策略，比如：什么时候进攻，以怎样的模式出拳，等等。AI还包含一个学习算法，从实验数据中学习新的策略。

技术直觉的作用

如前所述，QIBBOT是一个系统工程。在四年的研发过程中，我们遇到了数不清的大大小小的问题。其中一些关键问题的解决，依靠的是我们的指导专家对于机器人技术的直觉，而不是任何理论工具。直觉是这样一种东西：在一团迷雾中，在无数种可能中，直觉可以告诉我们那个正确的方向，剩下的只需要按部就班，一步一步走（或者一步一步爬），最终就会到达目标，解决问题。

技术直觉来自哪里呢 只能来自成年累月的实验室第一线经验的积累，似乎与发表多少论文没有关系。

“闲鱼”网站是个好地方

这个项目的成功，首先感谢卖二手货的闲鱼网站。机器人用到的一部分比较昂贵的部件（电机，VR设备）与小部件（CPU，内存，等等），都是在闲鱼买到的，价格只有新品的一半左右。如果没有闲鱼网站，我们不可能用自己有限的资金完成QIBBOT项目。

五. 计划：新的QIBBOT拳击机器人

然而，QIBBOT还是一个原型，用于测试。所以它只有一只手臂和简单的身体设计。它还有一些问题，比如：颤动，运动不够平滑，运动模式呆板。

这些问题将在新的QIBBOT第三代的产品化样机设计中得到解决（见图17）。新的QIBBOT将具有:

图17. 第三代QIBBOT机器人3D设计图

然而，需要指出的是：与科幻片中奔跑跳跃的人形双足机器人相比（见图4），第三代QIBBOT的运动能力仍然有巨大的差距。它只是部分的实现科幻片中的机器人拳击赛场景。

六. 未来：AI辅助的快速遥操作机器人在工业以及其它高端场景的应用

“拳击游戏机器人” 只是快速遥操作技术的一个相对简单的应用场景，因为它只需要速度。在研发以下功能之后，我们的大型快速遥操作机器人会有更广泛而且高端的应用前景。

许多工厂需要在有害环境中进行搬运和装配等作业。有些场所（例如核电站与化工厂）需要搬运和处理危险品。为了保障工人安全，已经有低速的遥操作机器人应用于这些场景。显然，快速遥操作机器人可以提高生产效率。此外，各种紧急场景和危险环境需要大型遥操作机器人的快速动作，例如：消防救灾，打击犯罪，军事行动，等等。

我们已经有了一个思路，正在准备一个新的机器人项目。至于具体细节，就不在这里剧透了。然而，有一点是确定的：它的技术指标将会是世界领先的，它会比QIBBOT更酷，更聪明，更令人惊艳，而且拥有更广阔的应用前景。敬请期待。

我们的团队很小，但是“野心”很大：

在世界机器人技术领域的山巅之上，争一席之地。

“大鹏一日同风起，扶摇直上九万里”（李白）

2023年7月27日

威海奇波机器人科技有限公司 ( https://QIBBOT.com ) info@QIBBOT.com

附注：本文中动图分辨率很低，而且没有声音。高清晰的原声视频可以在B站观看（在B站搜QIBBOT，即可看到视频）：

https://www.bilibili.com/video/BV16c411g77G/?share_source=copy_web&vd_source=fe4060c558b0b23ca3ae193aae07a4de

冠绝五大联赛，C罗2020年已经打进18球

在今天凌晨尤文图斯对亚特兰大的比赛中，C罗罚入两粒点球帮助球队主场2-2拿到一分，时隔五个月他再一次点球双响，上一次要追溯到2月份对佛罗伦萨的比赛，C罗的两粒点球帮助球队3-0完胜对手。对亚特兰大的两粒进球让C罗2020年的进球达到了18个，这一数据冠绝五大联赛。

C罗来到尤文图斯已经两年了，本赛季他在意甲出场28次，打入28球并送出5次助攻，场均一球的恐怖效率让他排在联赛射手榜的第二位，仅次于打入29球的因莫比莱，两人都打入了11粒点球。

德甲联赛已经结束，莱万的进球定格在34个，C罗还有机会竞争本赛季的欧洲金靴，目前意甲联赛还剩6轮，C罗与莱万还有6球差距。

C罗尤文百球分布93球在禁区内打进，18粒头球29粒点球

今天凌晨结束的意甲第36轮的比赛中，尤文客场3比1战胜萨索洛，C罗在比赛中打进了代表尤文的第100粒进球。

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在C罗为尤文打进的这100粒进球中，有93球是在禁区内打进的，7球是在禁区外打进。

具体的进球方式上，这100粒进球的分布为18粒头球，21粒左脚进球，61粒右脚进球，29粒点球得分。

（柯西莫）

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