牛年来临之际，一群来自深圳的“拓荒牛”四足机器人，便登上了春节联欢晚会的舞台，与刘德华、王一博、关晓彤一起表演了创意节目《牛起来》，这也是它们在全国人民前的首次亮相。
来欣赏一下它们“旋转，跳跃，我不停歇”的曼妙舞姿。
而制造这些“拓荒牛”四足机器人的公司优必选科技，已经是第四次登上春晚舞台。
众所周知，央视春晚导演组对于节目的要求极高，质量把控也是极为严格。这家企业的机器人为什么会如此受到春晚青睐？
能上春晚的机器人，拥有怎样的“功底”？
作为登上春晚的 “演员”，外在形象必须过关。
本次登场的“拓荒牛”四足机器人，站立身高83cm，自重60kg，负载15kg，以深圳特区“拓荒牛”为设计原型，身着中国红及祥云图案，加上炫彩灯光条，在融合传统元素的同时，还呈现出酷炫的科技感。
昂首挺胸，奋蹄向前的“拓荒牛”四足机器人，“牛气冲天”势不可挡。其背后蕴含了一系列优必选科技自主研发的硬核技术：高性能实时主控系统、力控伺服驱动器、全动力学优化算法、激光雷达定位导航算法……其中涉及的申请专利超2500件。
再来欣赏下“演员们”的舞姿。
无论是点头，还是扭肩，动作连贯得可谓是一气呵成。
伴着节奏感十足的音乐，嗯！是有种“左手画个龙，右手画彩虹”的魔性感了。
教人类舞蹈初学者尚且不是一件容易的事，毕竟“台上一分钟，台下十年功”。
这些机器人又是如何做到如此“整齐划一”的呢？
主要难点有二。
难点一：
力控关节
要具备优美、连贯的肢体表现力，关节的灵活运用起到了关键的作用。
“拓荒牛”机器人能够做出高难度动作，也是归功于此——共有16个自由度：
每条腿3个自由度（共计12个）
头部3个自由度
尾巴1个自由度
在拥有如此多的自由度下，能让“关节”精准地输出位置和力矩，力控伺服驱动器 便是核心。
简单来说，就是机器人身上的每个伺服驱动器，在接收到指令之后会做到实时响应；多个伺服驱动器“协同运行”，便可以让机器人灵活运动起来了。
从硬件构成来看，伺服驱动器主要包括了电机、减速器、码盘和力矩反馈单元等。
而这次针对“拓荒牛”的表演任务，对伺服驱动器各个硬件的选型，也成为了一个重要的问题。
为此，优必选科技利用正反驱固有频率匹配和惯量匹配的方法，解决了这一问题。
值得一提的是，这是优必选科技在去年10月才刚刚研发出来的两款力控关节。与现有四足机器人产品不同，“拓荒牛”四足机器人采用通用力控关节，同时满足高精度高带宽力矩控制、较大的力矩/质量比，未来能够在优必选其它机器人产品上作为腿部和手臂关节使用。
难点二：
步态算法和定位算法
从舞台上“拓荒牛”的表演中不难看出，大型四足机器人在台上不仅要快速行进，而且还要完成高难度动作，这就需要高动态运动控制算法，来实现给定轨迹的跟踪。
得益于优必选科技早前对大型仿人服务机器人Walker的研发基础，即“基于优化的全身运动控制”算法软件库，使得此次对于“拓荒牛”机器人的算法研发工作，并不是“从0到1”的过程。
工程师在Walker的动力学模型基础上，替换为适用于四足机器人的模型。
△优必选“拓荒牛”四足机器人
除此之外，还根据舞蹈的动作命令，利用软件库实时求解出各个关节所需要的力矩。
定位也是算法层面的另一个难题，毕竟人类演员彩排时，对演员舞台的“定位”也是非常重视的。
为此，工程师们针对舞台现场的特点，优化了激光雷达建图定位算法，建立了舞台的3D地图，解决了这一问题。
与此同时，在高性能算力的支持下，这些复杂的算法能够控制在1kHZ下实时完成。
