2015 DARPA 決賽中韓國隊的 DRC Hubo 是如何最終拔得頭籌的？

11-17

The machines that rose to DARPA"s robotics challenge

If the final race was any indication of the future of the robots, it seems they need humans more than humans need them. In the end, this was an epic battle of perception, human-machine coordination and dexterity.

Team KAIST from South Korea finished first and took home $2 million in prize money. Their robot DRC Hubo, a humanoid, completed all eight tasks and ended up with the quickest time in the race – 44:28 minutes.

謝邀。利益相關，DARPA比賽MIT隊成員。

@Yifan Hou的鏈接講得很詳細，我想從親身參賽的角度來講講這次比賽。

KAIST的DRC Hubo能贏得比賽，至少有兩個決定性的原因。
1）出色的機械設計。
2）大量的時間精力投入。

從機械設計的角度來說，DRC Hubo（上圖）的特點包括

輪子+雙足的設計。
這次比賽的前五名中，除了第二名的IHMC使用雙足的Atlas,別的四個隊都有輪子/履帶的設計:
IHMC使用的由Boston Dynamics製造的Atlas, MIT，WPI-CMU等隊使用的是同樣的機器人。
IHMC使用的由Boston Dynamics製造的Atlas, MIT，WPI-CMU等隊使用的是同樣的機器人。
CMU-NREC建造的Chimp robot,有四條履帶，大賽第三名。
CMU-NREC建造的Chimp robot,有四條履帶，大賽第三名。
德國的nimbro-rescue,大賽第四名。
德國的nimbro-rescue,大賽第四名。
JPL的RoboSimian,四條胳膊頂端各一個輪子，大賽第五名。

JPL的RoboSimian,四條胳膊頂端各一個輪子，大賽第五名。
在比賽中輪式機器人顯示出了巨大的優勢。幾乎所有使用雙足機器人的隊伍都摔倒過；而使用履帶的機器人幾乎不會摔倒。即使摔倒後，像Chimp也能夠重新爬起來。在比賽中沒有任何一個雙足機器人展示出了摔倒後能夠重新站起的能力。
對於現階段的雙足機器人，保持行走時的穩定仍然是一個挑戰。想一想人類花了幾十萬年才進化出穩定的雙足行走，就會明白這不是一個簡單的任務。究其原因，行走是一個靜不穩定的過程：每一步腳離地之後，人的重心在水平面的投影會很快移出腳的範圍；此時人無法保持這一姿勢，而必須得將腳甩到一個合適的位置來支撐，防止摔倒。所以行走始終是一個靜不穩定而動態平衡的過程。但是輪式或履帶式的機器人是靜穩定的，它可以在運動中始終保持一個姿勢，在控制上容易了很多。
同別的輪式/履帶機器人比，DRC Hubo同樣擁有行走的能力，這在最後一個上樓梯的任務中非常重要。使用輪子的第四名Nimbro-rescue和第五名RoboSimian都沒能上樓梯，而使用雙足的幾個隊伍（IHMC，MIT，WPI-CMU）都能夠上樓梯。
DRC Hubo擁有強大的電機。同2013年DRC Trial的冠軍Shaft隊類似，DRC Hubo也使用了電容供電的馬達，可以提供瞬時強大的電流。不過DRC-Hubo峰值電流是30A，而Shaft馬達的峰值電流是80A [1]. 這樣強大的瞬時功率能夠滿足機器人從跪地到站起時，膝蓋和腳腕關節所需的強大扭矩。同樣第三名的Chimp也擁有非常強勁的馬達:他一隻胳膊能夠舉起自身的重量（200kg）。而且Hubo機器人的馬達能夠同時支持position control和force control,這一點在Atlas上都沒有完全做到（Atlas前臂的三個電機馬達不支持force control).
DRC Hubo的上身可以前後扭轉180度。這給了它非常廣的運動範圍。相比起來Atlas對應關節能夠轉動的只有38度。

從時間精力投入上來說，DRC Hubo隊是相當引人注目的。本身Hubo機器人在2002年就開始開發了，擁有之前十多年的積累，針對這次的比賽又專門做了優化。跟他們隊員聊的時候談到，他們一周裡面有六天是住在實驗室里的，只有一天會回家休息。而且今年在比賽前一個月他們就已經來到了美國，自己搭建了模擬賽場，在真實的比賽環境下（氣溫，天氣）通過一個月的預演做了充分準備。在這種比賽中，不一定需要特別複雜或者新穎的理論，但一定需要有大量的engineering work來調整各種參數，而這種engineering work需要非常多的時間來調試。比如DRC Hubo上就實現了impedance control,用在了機器人下車的時候手扶住車框。這部分的理論在80年代就已經提出了，但是這次比賽中做出了impedance control的隊伍不多。

[1] Urata, J.; Nakanishi, Y.; Okada, K.; Inaba, M., "Design of high torque and high speed leg module for high power humanoid," Intelligent Robots and Systems (IROS), 2010 IEEE/RSJ International Conference on , vol., no., pp.4497,4502, 18-22 Oct. 2010

謝邀。也謝謝 @Yifan Hou 機器人學家的文章，是個很好的公眾號，希望大家可以關注，他們對IEEE Spectrum的新鮮內容更新很及時。

原文首發《周末畫報》2015年第26期總第862期。轉載請註明。答案是經過編輯修訂後我提交的終稿，並不是最後刊行版。無圖。

DARPA機器人挑戰賽：你來拯救還是毀滅我們？

曾經卡梅隆讓終結者誕生的時候，大抵全世界都為兩個打的你死我活的未來機器人瘋狂了。觀眾深深的陷入其中，把阿諾扮演的T800終結者當救世主，滿心期望能得到他的庇護，逃避液態機器人的追殺。電光火石灰飛煙滅過後，論誰都難以平靜，以至於對未來的科技都產生了些許恐懼，會不安的考慮未來究竟是人類造出的阿諾施瓦辛格厲害還是天網造出的液態機器人厲害？機器人，到底是拯救我們的夥伴，還是毀滅人類的終極審判？

撰文賈子楓（塔斯機器人CTO ）編輯徐芊芊

儘管這些年現實生活中科技飛速發展，新鮮的電子產品讓人眼花繚亂，網路也滲透到了我們生活中的方方面面……可是保護我們的T800終結者呢？不由得悵然若失，好像除了掃地的圓形吸塵器，機器人就真的沒有什麼了！人工智慧和機器人，與「拯救」和「毀滅」這些厚重的辭彙，根本風馬牛不相及。

時間到了2014年，一位理論物理學界的泰斗，一位高科技行業的鋼鐵俠，英雄所見略同地對人工智慧和機器人表達了他們的恐懼。研究黑洞和宇宙大爆炸的史蒂芬·霍金害怕智能機器人可以聰明到重新設計和複製自己。在這樣的迭代速度面前，人類沒有任何的競爭優勢，必然會被淘汰。而特斯拉和SpaceX的老闆——科技狂人埃隆·馬斯克，竟然在他的噩夢裡夢到不受控制的谷歌創建了邪惡機器人軍隊來消滅人類。「奇點」似乎就在不遠的未來等著我們。

大家終於害怕了，坊間互相傳說著說谷歌在用深度學習創造天網，波士頓動力的Atlas就是研製終結者得到的雛形！竟然一時間風聲鶴唳草木皆兵，許多業內業外的人士都開始討論人工智慧和機器人的危害，感覺如臨大敵。幸好星際穿越中的TARS和超能陸戰隊的大白橫空出世。看，這才是未來的機器人！一場輿論危機竟然被輕鬆化解了。

「終結者們的奧運會要召開了！」

2015年6月，並沒有萌萌的瓦力和渾身安全感的大白，一群面目猙獰的鋼筋鐵骨的人形機器人彙集在了美國加州，這次不是好萊塢拍大片，而是爭奪人類拯救者冠軍的稱號。歷時三年，經過海選和初賽，終於等到美國國防高等研究計劃署機器人挑戰賽（DARPA Robotics Challenge）決賽。

這次機器人挑戰賽起因是日本2011年的地震災難，強震引發海嘯，並導致福島核電站遭到破壞無法阻止核泄漏。日本研發機器人多年，但在最需要機器人的時候卻沒有任何一台機器人可以代替人類靠近反應堆進行檢修並恢復冷卻系統。有科技拯救世界情懷的DARPA在2012年站了出來，制定了三年的比賽計劃，目的就是希望機器人可以代替人類在災難環境中進行危險的工作。來自全球的23支隊伍進行了最後的決賽比拼。這是迄今為止最高規格的機器人大賽，人們都滿懷期待與敬畏，想一睹由人類頂尖科技創造的機器人是怎樣的精妙絕倫。

比賽項目設計的也相當有難度，機器人需要駕駛一輛汽車，並繞過避障，下車後要打開一扇門並進入房間，找到合適的閥門並關閉，在牆上用電鑽開一個大洞，插拔插頭，清理廢墟或走過不平路面，最後上樓梯完成所有八個任務。每完成一個任務得一分，完成任務數相同者耗時短的機器人排名靠前。

聽起來倒是有點像各個衛視台的大闖關節目，必定是智慧與力量結合的選手才能到達終點。機器人們的闖關時間是一個小時，最終有三個隊伍都闖關成功，來自卡內基梅隆大學的機器人CHIMP獲得季軍，來自佛羅里達州人類與機器認知研究所（IHMC）的機器人Running Man獲得亞軍（名字很哈韓，不過這是美國隊伍），真正的來自韓國KAIST研究所的機器人Hubo獲得了冠軍，並贏得了兩百萬美元的獎金。

給獲勝者以及所有參與者來些熱烈的掌聲吧！僅僅要讓機器人這樣一個複雜的系統運行起來，就要付出艱辛的勞動。從上層的決策到底層的實時控制，從感測器的信號採集到作動器的每個命令，從遠程控制到機器人自主完成任務，每一個細小的模塊都需要程序員編寫並不斷地調試和改進。機器人也是一個非常砸錢的項目！比如亞軍機器人Running Man所利用的由波士頓動力製造的ATLAS平台就要花費100多萬美金。大賽獎金池一共350萬美金，聽起來似乎也不少，其實只有2015年DOTA2（一款流行電子競技遊戲）國際邀請賽獎金池的四分之一！

「什麼，這些機器人就這點能耐？」

於2013年年底完成的DARPA機器人挑戰賽初賽（DRC Trial），僅有日本機器人SCHAFT完成了所有任務，而後被谷歌收入囊中沒有參加此次決賽。一年半後的決賽最大改變就是所有項目需要一氣呵成且沒有安全防護措施，最真實的還原災難時的場景。為了模擬災難環境可能會出現的通訊故障，機器人的信號接收會被干擾。這就要求機器人必須有自主執行任務的能力，完全依賴遙操作將無法完成比賽。在如此苛刻的要求下，前三名機器人都完成了所有八個任務，而且有一半以上的隊伍都完成了至少四個任務，可見機器人的速度和穩定性都有了很大的提升。

獲得冠軍的隊伍KAIST來自韓國，這個結果出乎意料卻也有其合理性。韓國這些年的機器人技術發展很快，湧現了不少機器人行業的領軍人物。企業方面，Robotis公司幾乎壟斷了小型機器人用的高端舵機，Yujin公司成為世界知名的移動機器人供應商；學術方面韓裔的科學家也大放異彩，Kim Sangbae研發的MIT Cheetah是最好的電機驅動四足機器人，Dennis Hong開發的Darwin則是RoboCup的常勝將軍。Hubo其實也早已是人形機器人明星，只是一直被HONDA公司的Asimo機器人蓋住了風頭。

為了這次比賽，KAIST的研究人員做足了準備：定製設計的強扭矩電機；三十一個自由度（機器人身上每一個能自由活動的關節為一個自由度）還有定製化長手臂；帶柔性的電機驅動器；一個激光感測器和單攝像頭的極簡化感知；超穩定的供電系統；定製化開發的實時系統和運動框架軟體；一個可以轉動180度的腰；以及最主要的——膝蓋上的輪子。是的！擅長動態雙足行走的Hubo在膝蓋上裝了輪子，以便隨時變形為滾動姿態前進以節省時間。比賽最後結果也顯示能滾動的機器人這次比賽成績要好一些，第三名CHIMP和第五名RoboSimian也會滾動，這也引發很多機器人學家思考：我們是不是一定要機器人像人一樣雙足行走？

最閃亮的機器人當然是波士頓動力提供的新一代ATLAS機器人原型，這個電動液壓雙足機器人堪稱頂級的工程作品。新ATLAS完全集成了液壓動力和電池系統，材料也更加輕便，使得機器人整體變得更高效。得到7分及以上的七支隊伍里使用ATLAS作為機器人架構的佔據三席。麻省理工學院的隊伍建立了ATLAS的三維模型，並且將激光掃描的實際場景傳回伺服器，以虛擬現實的方式展現給機器人操作員，他們比賽的方式就像有點像操作ATLAS通關的3D遊戲。最搶鏡的也是ATLAS，因為完全靠走，摔得也最多。雖然波士頓動力一直強調ATLAS的嬌貴，經過這次比賽大家才知道ATLAS還是挺耐摔的，Running Man測試時摔了兩次最終還取得了亞軍！

當機器人學家們還沉浸在里程碑式成功的歡愉中，被決賽蠢哭的各大媒體卻已經開炮了，畢竟大家的期望可是終結者啊！撇開一個小時完成普通人五分鐘的任務不說，比賽的精彩集錦里也只有機器人們走路沒事自己摔，下車抽筋摔，開門手抖摔，莫名其妙摔，還有被風吹倒的……眾人紛紛表示看來擔心機器人統治人類是太過多慮了。確定這是比機器人救援不是比誰摔的奇葩么？科學家們把一個個身價百萬美金的機器人拉出來就是為了搞笑的么？

把歷史往回翻了翻，新科技萌生的時候都自帶了搞笑技能。瓦特想靠蒸汽機挖煤大家都覺得他瘋了；火車誕生之初被笑話沒有馬車快；還有印象深刻的小學課文《試航》中，有人對著紐約河上的輪船大聲喊：「富爾頓，你的蠢物可真蠢啊！」人們總是受限於自己所站的高度，往往看不到核心科技的潛力；而又站在上帝視角嘲笑曾經人們的淺薄。不知道百年後的人們會不會把我們今天說過的話也編進小學課本——「看，這些笨手笨腳的機器人，真是蠢哭了!」

一旦新科技突破了人們嘲笑的階段，就會給人們帶來恐慌，並遭到很多人的藉機打壓。真正的硬核科技一定會以不可逆的發展趨勢強行闖入我們的日常生活。很多人擔心機器人會對人類社會造成危害，可就像核能、生化研究一樣，具有兩面性的科技還是在不斷進步，而我們總是在利用有益的部分。現階段的機器人還只是非常複雜的程式化機器，遠遠達不到「自我覺醒」的水準，所以不必擔心不久的將來機器人會變成六親不認的鐵血戰士。

可是遙遠的將來呢？機器人的智能可以全面的超越人類么？機器人可以和人類和諧共處么？這些看起來都更像是哲學問題。如果從人類延續種族的神聖使命來看，創造一個超越自我的物種也許是不錯的選擇。何苦擔心那些遙遠的將來！不必管人類會在哪個星球上曬太陽抑或機器人的文明裡人類是不是造物主，好好享受當下這個機器人還聽命於我們的最好時代吧。

可以看這裡。
低調的DARPA機器人挑戰賽冠軍韓國隊，原來竟如此之強大
比奪冠更難-DRC冠軍韓國隊機器人的賽前花樣通關

知乎貼出無圖，就不搬過來了。

感謝邀請，不過最近沒有關注這個所以不好班門弄斧，非常抱歉！

瀉藥。

付了兩個鏈接的答案感覺似乎已經介紹的很全了。

當時看比賽的時候，主要關注altas和cmu那個團隊的比賽。冠軍韓國組的比賽其實沒有看到，有些可惜。記得他們組團隊人員很多。後來奪冠後看了他們的比賽視頻，不得不說確實有取巧的部分。任務之間通過輪式而非步行轉換，倒數第二個過障礙選擇的也是輪式硬闖。因為這點比賽後也收到不少詬病，但是我覺得只要符合比賽規則，選擇最優的方法最快完成比賽是每個隊伍的自由，所以沒什麼好噴的。

其實韓國團隊的機器人研發時間一點也不短，據說有好幾代的產品，參加比賽的是最新一代。印象比較深的是，團隊負責人在接受參訪時說他們的機器人的關節都裝有空調來優化performance。所以可以說他們獲得冠軍絕不是偶然，是很長的時間內對humanoid robotics日復一日的堅持研究的結果。

好像布魯克斯提過，韓國的機器人水平現在已經很高了～

謝邀，抱歉並沒有參加過這項比賽，因此無法回答這個問題。

被邀了這麼久。終於回來回答這個問題了。
今年11月23-25日Hubo來到北京世界機器人大會參展，有幸和他們聊了一些。據他們一位隊員的解釋，他們贏在採用了簡單的機械結構和控制策略，雖然不夠新穎酷炫，但足夠可靠。而其他隊則在比賽中使用了很多高大上的控制演算法，加入了複雜的設備和感測器。然而，他們大量的時間都被消耗在處理各式各樣的錯誤和bug上了。
Simple is beauty.

謝邀，才見，樓上已經回答的很完整很好了。

好的視覺系統

初次受邀，感謝。
但是……我是程序猿啊親，只對AI有點了解，抱歉……

...

卸腰，
這個嘛，@Yifan Hou 的鏈接已經很清楚了，事實上他的公眾號里前兩天還推送了Boston Dynamics在FAB11上演講，那個快速通過林地實在是NB，所以由此可推斷，棒子能奪冠是因為他們用了輪子，輪子，輪子，重要的話說三遍。輪子哥又一次跨領域大顯神通

瀉藥，但不太了解

謝邀，我比你懂的還少，這方面！抱歉

瀉藥，完全不知道什麼玩意。

謝邀，然而我這種露逼簡直看不懂題目？遊戲屆里我只曉得擼啊擼，對不起邀請人了。

瀉藥啊然後我覺得世界都是思密達的他們拔得頭籌也是應該的

謝邀~
可是俺也並沒有太了解機器人領域只知道一點資訊而已~無法回答 sorry~

謝邀，我對機器人技術不熟，純粹來頂一下題主的問題。

謝邀，最近一直在關注ti5而且像這種比賽也不太關注所以抱歉了題主( ????? )

這邀請敢情是回復過機器人問題的都來了啊。抱歉我不會，謝謝。