開普勒K2“大黃蜂”攻克“仿真到現(xiàn)實”難題，實現(xiàn)類人直膝行走
近日，開普勒機器人發(fā)布的國內(nèi)首例“混合架構(gòu)抗擾動”步態(tài)實錄視頻，讓業(yè)界看到了人形機器人在“行走能力”上的重大突破——K2“大黃蜂”不僅能穩(wěn)步通過磚石、塑膠、草地等復(fù)雜地形，即便遭遇外部推搡，仍能保持穩(wěn)健步伐，這背后是其對“仿真到現(xiàn)實（Sim-to-Real）”難題的成功攻克，以及對類人直膝步態(tài)的深度優(yōu)化。
開普勒K2"大黃蜂"的全新步態(tài)升級成果不僅驗證了混動架構(gòu)在仿人機器人步態(tài)控制中的先進(jìn)性，也拓展了其應(yīng)用空間，適用的商業(yè)場景如科研教育、展廳講解、數(shù)采訓(xùn)練等，工業(yè)場景如物流搬運、智能智造、特種場景等。K2"大黃蜂"有能力服務(wù)各個領(lǐng)域，還依托于持續(xù)的動態(tài)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，從而成為各領(lǐng)域操作"專家"。
K2"大黃蜂"采用的是混動架構(gòu)，即滾柱絲杠直線執(zhí)行器與旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器相結(jié)合的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)路線，從而實現(xiàn)了類似人類的直膝步態(tài)。這種技術(shù)路線被業(yè)界公認(rèn)為是極具挑戰(zhàn)的方案，它既需要復(fù)雜的運動學(xué)建模，又要求極高精度的力矩控制，但其優(yōu)勢同樣顯著，機器人的步態(tài)會更加自然，能效利用率更高，而且更便于任務(wù)執(zhí)行，環(huán)境適應(yīng)性更強。該方案的優(yōu)勢在人形機器人行業(yè)其他公司的產(chǎn)品中同樣得到了驗證。
無論是行走、執(zhí)行任務(wù)、自然語言指令下的互動，開普勒K2"大黃蜂"的表現(xiàn)都非常穩(wěn)定和準(zhǔn)確，反映出采用滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動架構(gòu)的人形機器人不僅是"看起來像人"，更是兼顧效率與穩(wěn)定性的選擇。
基于滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動架構(gòu)實現(xiàn)直膝步態(tài)行走，其技術(shù)挑戰(zhàn)一方面來自于對絲杠力學(xué)的研究，另一方面來自于仿真到現(xiàn)實的差距（Sim-to-Real Gap）。
市面上常見的準(zhǔn)直驅(qū)方案機器人是簡單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，為了確保K2"大黃蜂"的每個關(guān)節(jié)在高負(fù)載和復(fù)雜動作下仍能精確控制，開普勒機器人團(tuán)隊深入研究絲杠和對應(yīng)關(guān)節(jié)之間的位置、速度、力矩關(guān)系，最終設(shè)計了串并聯(lián)混合的結(jié)構(gòu)。雖然基于這種結(jié)構(gòu)的運動學(xué)與動力學(xué)模型都更為復(fù)雜，但使得K2"大黃蜂"的行走動作更加精準(zhǔn)。
從仿真到現(xiàn)實（Sim-to-Real）是人形機器人從實驗品走向產(chǎn)品的加速器，而仿真到現(xiàn)實的差距（Sim-to-Real Gap）所導(dǎo)致的動力學(xué)差異、傳感器噪聲與延遲、環(huán)境動態(tài)性、域隨機化（Domain Randomization）的局限性、執(zhí)行器延遲與非線性、通信與計算延遲，會造成機器人行走時力矩控制難度更大。例如：仿真中通常使用一個理想化的、參數(shù)均勻的地面模型，而現(xiàn)實中的地面即使是同一材質(zhì)也存在摩擦系數(shù)、彈性等方面的局部差異和不均勻性，這會導(dǎo)致人形機器人根據(jù)基于均勻模型優(yōu)化的步態(tài)策略在真實地面行走時出現(xiàn)打滑或晃動。
開普勒機器人通過強化學(xué)習(xí)/模仿學(xué)習(xí)與直線電機力矩控制相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了K2"大黃蜂"在復(fù)雜環(huán)境下能靈活、穩(wěn)定地切換步態(tài)，同時類人直膝行走更加自然。與此同時，開普勒機器人為K2"大黃蜂"安排仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練，提升其對于通用場景的感知和對語言指令的理解能力，海量的真機數(shù)據(jù)則令其不斷從人類行為中直接學(xué)習(xí)人類真實動作。通過雙數(shù)據(jù)飛輪持續(xù)學(xué)習(xí)，加之分層模型 VLA+ 實現(xiàn)語義識別指令注入能夠理解人類、進(jìn)行思考和規(guī)劃的"靈魂"，K2"大黃蜂"不斷提高執(zhí)行任務(wù)的成功率。
