从实验室走向应用：北理工仿生机器人团队的技术探索与冠军之路

在不久前结束的中国仿生机器人的“奥林匹克”——2024年中关村仿生机器人大赛上，北理工仿生机器人团队凭借其深厚的技术积累与出色的竞赛发挥，取得了多足仿生机器人赛道任务赛第一名和多足仿生机器人赛道最高奖项“全能优胜奖”的优异成绩。

这支在仿生机器人领域默默耕耘二十余载的团队，以斐然成就彰显了中国高校在机器人技术研发领域的非凡创新能力。近日，机器人大讲堂记者采访到了该团队的核心骨干季子上同学，就团队的成功经验进行了深入探讨。

▍北理工四足机器人进化

自2000年起，北理工仿生机器人团队便踏上了人形机器人的研究征程。至2018年，团队拓展了四足机器人研究方向。在采访中，季子上追溯了团队的成长轨迹。据透露，过去五年间，团队成功研发并迭代了三代四足机器人，每一代的技术突破都令人瞩目。

2019年，团队成功研制出首代并联四足机器人，它不仅掌握了基础的行走技能，还具备0.8米的跳跃能力。2021年，第二代机器人实现性能大突破，不仅征服了复杂地形，更以1.2米的跳跃高度刷新了世界纪录。步入2023年，团队推出了第三代串联式四足机器人，这一创新之作搭载了机械臂，标志着团队正式开启了四足与机械臂协同控制技术的全新探索篇章。

团队的技术路线走过了一条循序渐进的演进之路。季子上详述，从追求稳定性到着眼实用性，从并联结构到串联结构的转变，每一个技术选择都源于对实际应用需求的深入思考。早期采用的并联结构虽然在稳定性方面表现出色，但其体积偏大的特点在实际作业中显现出局限性。经过深入研究，团队转向串联结构设计，并创新性地集成了机械臂和轮足系统，这一改进不仅显著提升了作业能力，更实现了运动性能的全面优化。

▍核心技术创新与突破

在核心技术领域，团队的创新成果可谓硕果累累。最具代表性的突破是在高功率密度伺服电机的自主研发上。团队精选高密度材料，运用先进的多物理场综合优化策略，对电机端部结构进行了创新设计。在电机与减速器的集成上，团队采用拓扑结构优化技术，极大提升了关节内部空间利用效率，实现了减重与承载能力的双重提升。

这些核心部件的革新，直接为机器人赋予了卓越的高动态性能，使其在高动态跳跃能力上达到了国际顶尖水平，当年创造的1.2米跳跃高度，在全球机器人盛会及学术研究中均处于领先地位。此外，团队在精确操作能力方面也走在了国内探索的前沿。

团队也深入研究了四足机器人和机械臂的默契配合问题。当机械臂伸出去抓东西时，四足机器人会根据机械臂的动作调整姿势，帮助机械臂抓取到更远、更难够到的物品。此外，四足机器人还能帮忙“加速”。季子上回答道：“想象一下，如果机器人主动弯腰或调整姿势，抓取速度就会更快、更高效”。通过这种位置和速度的配合，四足机器人和机械臂能够更灵活地完成任务，真正实现“1+1＞2”的效果。

在远程操控技术上，团队独辟蹊径，主动利用机械臂的运动来扩大摄像头的观测空间，让操作人员可以更清楚地观察到陌生环境中的细节信息。同时，团队引入航模领域的数字图传技术，显著降低了传感器数据与图像数据的传输延迟。

▍赛场表现与实战经验

在中关村仿生机器人大赛的激烈比拼中，团队不仅展示了其卓越的技术能力，还体现了面对困难时的坚定决心。当被问及在比赛中取得佳绩的关键因素以及是否有特别深刻的经历或技术上的启示时，季子上首先提到，他们深切体会到坚持不懈的重要性。

比赛首日，他们遇到了一个不小的难题。机器人发生了故障，连基本的动作都无法完成。季子上回忆道，从早上9点到下午3点，团队一直在现场努力修复。在组委会设定的最后期限前半小时，他们终于解决了问题，让机器人恢复了正常运作。

在比赛策略的制定上，团队展现出了独特的创新思维。比赛规则要求机器人必须完成“进门-任务-出门”的全过程，如果最后的出门环节失败，前期所有努力都将付诸东流。因此，团队采取了‘先保出口’的策略。机器人进门后的第一要务是抵达出口位置并确保门能被打开，这样既保证了最关键任务的完成，也为后续动作争取了更多操作空间。这种基于任务重要性进行分级处理的方法，充分体现了团队在实战中积累的宝贵经验。

实战经验不仅带来了策略上的启发，更为团队提供了宝贵的技术反思。季子上特别提到了定制化设计的重要性。在比赛中，团队注意到其他参赛队伍专门为开门任务设计的定制化夹爪，在某些特定场景下展现出了比通用型产品更好的表现。这个发现提醒团队在未来的技术开发中，要更加注重针对具体应用场景的专项优化设计。

同时，团队也深刻认识到了自主能力在实际应用中的核心地位。季子上指出的，尽管当前的比赛大多侧重于远程遥控方式，但在实际的应用场景中，自主能力发挥着不可或缺的作用。例如，在信号突然中断的情况下，如果机器人具备自主能力，它就能自动寻路并返回指定位置。这种在极端条件下的自我应对和处理能力，对于实际应用而言是至关重要的。

▍产业探索与应用实践

在产业应用领域，团队已经布局并成功实现了技术成果的有效转化，当前的核心业务是为特种行业提供定制化的巡检解决方案。他们已与特种行业的单位建立了紧密合作，将这些解决方案在实际场景中进行深度验证与优化，以确保其稳定性和实用性。

为了灵活应对不同行业对机器人的多样化需求，团队采用了模块化设计理念。季子上指出，不同行业对机器人的配置需求各异，例如，有的行业需要集成红外传感器以监测特定环境，而有的则需要装备机械臂来执行复杂操作。因此，团队根据客户的实际需求，进行模块化配置，以实现高度定制化的解决方案。

在推进产业化的过程中，团队也面临过挑战。相较于实验室阶段的原型机，产业化产品在实际应用中面临着更为严苛的环境条件，对防护等级的要求大幅提高。为此，团队对机器人的关节和机身结构进行了全面优化，成功开发出具有高防护等级和防爆特性的特种机器人产品。目前，团队已经实现了IP67级别的防护标准。

▍未来展望与发展方向

展望未来，团队已经制定了清晰的技术发展路线。强化学习将是其重点探索的方向之一。随着人工智能技术的进步，团队希望通过强化学习提升机器人在复杂环境下的适应性和自主决策能力。同时，也会积极探索大模型技术在机器人控制中的应用，实现更自然的人机交互方式。

在操控技术方面，团队正在研究更先进的遥操作方案。四足机器人的遥操作与传统机械臂不同，需要解决特殊的动作映射问题。比如人形机器人因为结构与人体相似，动作映射比较直观。但四足机器人有四条腿和一个机械臂，如何将人的动作自然地映射到这样的结构上，是一个全新的研究课题。团队正在探索更直观、更高效的控制方案。

在硬件技术方面，季子上认为仍有很大的提升空间。“虽然现在大家都在关注算法创新，但我认为硬件水平的提升同样重要。”他强调，“包括电机、电池、计算单元等核心部件，都还有提升的空间。有时候我们的算法已经很完善了，但受限于硬件性能，不得不做一些简化处理。如果计算能力再提升一些，控制效果会更好。”

季子上特别强调了跨学科融合的重要性。“仿生机器人的发展需要多学科的支持。”他说，“比如材料学科的进展可以带来更轻便的结构，能源技术的创新可以延长机器人的工作时间。同时，我们也期待人文社科领域的加入，共同探讨机器人技术对社会结构、就业等深层次问题的影响。”

对于行业的普及和认知，季子上提出了自己的思考。“我们希望能够加强社会各界对仿生机器人的认识和理解。”他说，“不同形态的仿生机器人都有其特定的应用价值，需要通过更好的科普和宣传，让公众理解这项技术的意义。同时，也要注意在发展过程中平衡好技术进步与社会需求的关系。”

团队未来3-5年的规划也已经明确。“我们会按照强化学习、遥操作、大模型应用这三个方向逐步推进。”季子上说，“特别是在运动与作业的协同方面，我们希望能够突破目前的技术瓶颈，实现更好的动态稳定性和作业精度的统一。”

▍结语

通过这次深入采访，我们看到了一个既有深厚技术积累，又充满创新活力的研发团队。从最初的技术探索到如今的产业转化，从竞赛获奖到未来规划，北理工仿生机器人团队展现出了中国高校在前沿科技领域的创新实力。正如季子上所说，仿生机器人领域的发展需要技术创新，也需要社会各界的理解和支持。相信随着技术的不断突破和应用场景的拓展，这支团队在未来能够继续书写更多精彩篇章，为中国机器人产业的进步贡献更多力量。