【深度剖析】小米CyberDog四足机器人的AI运动系统的实现

2021年8月10日，雷军进行继宣布造车之后的第二次演讲。

在这场以“我的梦想，我的选择”为主题的演讲上，雷军详细讲述了创业后的故事，发布了一系列全新产品。其中，给人最大惊喜同时也给人带来诸多疑问的就是我们这篇推文的主角——“CyberDog”，中文名 “铁蛋”。

在现场的展示中，这只“人类高质量宠物”可以行走、站立、小碎步跳舞等等。

CyberDog行走

在官方给出的运动性能参数中，介绍到，除了这些，CyberDog还支持恢复站立、姿态展示、缓慢趴下、缓跑、小跑、奔跑、跳跑、跳跃、倒地恢复、打滚、握手、跳舞、转圈、作揖、坐下等一系列功能动作。

这只看起来像小狗的机器人其实是当前业内备受关注的新产品形态——仿生四足机器人。CyberDog全身拥有11组高精度传感器时刻待命，可主动探测外部细微变化，它搭载了AI超级计算机——NVIDIA JETSON XAVIER NX平台，可处理来自多个传感器的海量数据。于此同时，CyberDog使用了自研的高性能伺服电机，通过全志MR813芯片对全身的运动模块进行控制。

如果把传感器组比作CyberDog的“眼睛”，那NVIDIA JETSON XAVIER NX就是它的“大脑”，伺服电机就是它的“肌肉”，Allwinner MR813就是“小脑”。

下面就来了解一下铁蛋的各个“器官”是如何组成它的运动系统的。

#01

大脑-英伟达主控

CyberDog 的“大脑”是英伟达的 Jetson Xavier NX 平台，这是一台用于嵌入式和边缘系统的 AI 超级计算机。它集成了6个core NVIDIA Carmel ARM v8.2 64-bit CPU、搭载 384 NVIDIA CUDA  cores 和 48 Tensor cores的GPU、2个 NVDLA 引擎深度学习加速器、7路VLIW视觉处理器。可以提供最高21T的算力。这保证了 CyberDog 可以毫无障碍地处理从传感器系统捕获的大量数据，准确领会主人的意图。同时支持2个 MIPI CSI-2 D-PHY lanes、以太网、WIFI/BT、HDMI、多路USB等。

有了这个大脑，这台机械狗甚至可以直接外接显示输入设备变身一台“电脑”，当然并不是我们传统意义上使用的那种个人用电脑，而是用于开发等用途。

#03

肌肉-自研伺服电机

CyberDog全身的自由度是12，单腿的自由度是3，即每只脚大腿关节处有两个电机，小腿关节处有一个电机，共12个电机。12个电机的组合让CyberDog可以自由地做出奔跑、跳跃、空翻等高难度动作。据悉，这12个伺服电机均由小米自研，单个最大扭矩达32N·m，最大转速为220rpm，可以让这只14KG重的CyberDog以11.5km/h的速度前进，这个速度大概和一个普通人晨跑的速度相当，让主人带着CyberDog跑步遛狗成为可能。

伺服电机性能参数

#04

小脑-全志MR813

CyberDog“小脑”使用的国内知名芯片设计厂商全志科技的Allwinner MR813。MR813将负责MPC算法的执行、运动控制、电源系统管理和OTA系统管理等工作。即CyberDog的四只脚以及上面的12个伺服电机，都将在MR813的控制下有序地行动，让CyberDog不会出现顺拐或者“扑街”。

MR813是全志针对运动机器人市场推出的高性能SoC，4核A53架构，主频高达1.6GHz，拥有丰富的音视频接口和运动驱动接口。

据悉，MR系列芯片已经在在扫地机器人产品上被广泛应用，其中包括小米、石头、追觅等知名厂商。本次CyberDog使用MR813也是复用追觅已经成熟的运动驱动模块，这样可以保证产品的性价比、稳定性和可量产性。

也就是说，MR813在其它产品上都是作为“大脑”，而在CyberDog中只用作“小脑”，可见MR813性能的强大，也透露出小米对CyberDog用料选项的踏实和良心。

CyberDog的MPC算法使用的则是知名开源四足MPC算法 MIT Mini Cheetah。对于仿生四足机器人MPC算法的研究一直是近年的热点。MIT这套算法广受开发者欢迎，许多DIY开发者甚至专业厂商，都会基于这套算法进行开发。MR813则是为算法的运行提供了一个高效稳定的环境。

米家扫地机器人1T，使用MR813作为“大脑”

#05

神经系统-系统整合

在整体系统框架方面，CyberDog使用的是主流的机器人开源架构ROS 2，它提供一系列程序库和工具以帮助软件开发者创建机器人应用软件，同时提供了硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、消息传递和软件包管理等诸多功能。

其中，Jetson Xavier NX 运行的是Ubuntu 18.04操作系统，11组高性能传感器获取到的环境信息传到Jetson Xavier NX后，由Jetson Xavier NX进行处理，并将运动信息通过千兆网口下发到MR813，由MR813进行运动总控制，分别控制一个MCU进行OTA和电池包的管理和另一个MCU进行电机的控制，与12个高性能伺服电机通过CAN 2.0进行通信。

今年 6 月，国内的宇树科技发布了 Unitree GO1，共有三个版本：售价 2700 美元的 G01 Air base 型号、售价 3500 美元的 G01 和售价 8500 美元的 G01 Edu，这个价格可以说率先打开了四足机器人在普通消费人群中的市场，不过碍于功能的不足，依然难以进入大众眼界。

-End-

编辑：李泽禧

作者：DOT小文哥

技术顾问：Kirin 、Peng

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