春晚舞台上的科技精灵—扭秧歌机器人

【导语】在今年春晚的舞台上，一群特别的“舞者”吸引了所有人的目光。它们就是来自杭州宇树科技有限公司的科技精灵“福兮”，型号为宇树H1，是该公司首款通用人形机器人。通过AI技术、高精度3D激光定位以及复杂的运动控制和编程，“福兮”不仅学会了扭秧歌，还能与真人演员默契配合，展现出了令人惊叹的舞蹈才能。本文将深入解析工程师们为了让“福兮”在春晚舞台上大放异彩所付出的心血与努力。

今年春晚有一群特别的“舞者”，它们穿着漂亮的花袄，手里拿着鲜艳的手绢，和真人演员一起(qǐ)欢(huan)快(kuài)地(de)扭(niǔ)着(zhe)秧(yāng)歌(gē)，一(yī)出(chū)场(chǎng)便(biàn)吸(xī)引(yǐn)了(le)所(suǒ)有(yǒu)人(rén)的(de)目(mù)光(guāng)，它(tā)们(men)就(jiù)是(shì)科(kē)技(jì)精(jīng)灵(líng)“福(fú)兮(xī)”，型(xíng)号(hào)为(wèi)宇(yǔ)树(shù)H1，来(lái)自(zì)杭(háng)州(zhōu)宇(yǔ)树(shù)科(kē)技(jì)有(yǒu)限(xiàn)公(gōng)司(sī)，是(shì)这(zhè)家(jiā)公(gōng)司(sī)旗(qí)下(xià)首(shǒu)款(kuǎn)通(tōng)用(yòng)人(rén)形(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)。

工(gōng)程(chéng)师(shī)为(wèi)了(le)让(ràng)“福(fú)兮(xī)” 学(xué)会(huì)扭(niǔ)秧(yāng)歌(gē)，可花了不少心思，你们知道工程师们花了哪些心思(sī)吗(ma)?

图源：潮新闻

1. 学动作

舞蹈演员在镜头前跳舞，“福兮” 则像个认真的学生，用AI软件把动作 “看” 下来，而“看”所用到的是计算机视觉技术，它会对演员的动作进行实时分析和处理。在这个过程中，软件会识别出演员的关键姿态和动作轨迹，并将这些信息用数字化的数据表示，即初步的指令代码。然而，初步的指令代码往往还不能直接用于控制“福兮”的动作。工程师们可能会根据“福兮”的运动能力、关节限制以及动力学特性等因素，对指令代码进行量化调整，以确保“福兮”更精准的学习动作(zuò)。例(lì)如(rú)，他(tā)们(men)可(kě)能(néng)会(huì)调(diào)整(zhěng)动(dòng)作(zuò)的(de)时(shí)间(jiān)间(jiān)隔(gé)，以(yǐ)确(què)保(bǎo)“福(fú)兮(xī)”能(néng)够(gòu)流(liú)畅(chàng)地(de)完(wán)成(chéng)每(měi)一(yī)个(gè)动(dòng)作(zuò)；或(huò)者(zhě)调(diào)整动作的空间位置，以确保“福兮”在舞台上能够准确地定位自己。

通过这一系列的调整和优化，工程师们最终能够将指令代码转化为“福兮”能够理解和执行的控制指令，从而使其能够准确地学习并复现出舞蹈演员的动作。

2. 听音乐

工程师为“福兮”设计了专门的AI算法 ，以便福兮“听懂”音乐，算法核心在于对音乐信号的深度解析和智能转化。这个算法首先会对输入的音乐进行预处理，包括音频信号的采样、滤波和降噪等，以确保获取到清晰、准确的音乐数据。接着，算法会运用先进的音频分析技术，对音乐信号进行频谱分析、节奏检测、旋律提取等处理。频谱分析可以帮助算法理解音乐的频率成分，如低音、中音和高音的比例，以及它们随时间的变化；节奏检测则能够识别出音乐的节拍和节奏模式，这是舞蹈动作与音乐同步的基础；旋律提取则是捕捉音乐的主旋律线，理解音乐的情感走向和旋律起伏。在解析了音乐的基本元素后，算法会进入智能转化阶段。它会根据预设的舞蹈规则和风格库，将音乐元素映射到相应的舞蹈动作上。例如，欢快的音乐可能对应着活泼的跳跃和快速的旋转，而舒缓的音乐则可能对应着柔美的手势和流畅的步伐，因此他们可以根据不同风格的音乐，展现不同类型的舞蹈，音乐欢快，它舞蹈活泼；音乐舒缓，它动作优美。

3. 默契配合

“福兮”在春晚舞台上大放异彩，靠的是身上的 “秘密武器”——高精度3D激光技术，像有一双超级眼睛，不管舞台多乱、人多挤，都能知道自己在哪、该往哪走。福兮使用的是LiDAR技术来实现高精度3D激光定位和自我导航。它是一种利用激光测距原理进行三维空间测量的先进技术，它赋予“福兮”在复杂环境中精准定位和自我导航的能力，使它能够在拥挤的舞台环境中精准定位自己和其他机器人的位置，确保它们能够按照预定的编队和动作进行表演；该技术还使得“福兮”能够实时感知周围环境的变化，如其他演员或道具的移动，从而做出及时的反应和调整，保持动作的整齐和协调，为“福兮”在春晚舞台上的精彩表演提供了有力保障。

来源：春晚直播截图

4. 手上功夫

“福兮”全身有19个关节，能做出各种灵活动作。工程师还特意在“福兮”的手臂上加了3个 小关节，为了让它能像杂技演员一样抛手绢、接手绢。手绢抛接的动作涉及复杂的运动控制和编程。工程师们通过编写特定的算法和程序，来控制“福兮”手臂上的关节进行精确的运动。这些程序需要考虑到手绢的抛掷角度、速度、高度以及接手绢的时机和位置等多个因素，以确保手绢能够准确地被抛出并接住。为了实现手绢拋接动作的精准控制，“福兮”还配备了各种传感器，如位置传感器、速度传感器等。这些传感器能够实时监测手臂的运动状态和手绢的位置，并将这些信息反馈给控制系统。控制系统根据反馈的信息进行调整，以确保手绢拋接动作的准确性和稳定性。最终，通过综合应用，“福兮”实现了手绢拋接这一复杂而精细的动作。

来源：春晚直播截图

5.上万次测试

为了让“福兮” 春晚直播不出问题，工程师在虚拟平台对单台机器人测试了上万次。就像在正式考试前需要做许多模拟去找出自己的不足，同样工程师也需要提前把错误都找出来，这样 “福兮” 表演时就能顺顺利利。经过上面一系列过程，“福兮”便可以正式上台表演啦！此外，春晚演出可不是“福兮”第一次和大家见面；2023年，福兮首次登上时代舞台，之后在北京世界机器人大会露脸；2024年在英伟达GTC大会展示新技术，还参演了张艺谋导演的舞台剧《澳门2049》。

目前，“福兮”已经成功在春晚舞台上展示了其舞蹈才能，未来可参与更多类型的表演，如它可以作为虚拟偶像或主持人，与观众进行互动，提升节目的趣味性和观赏性，为观众带来全新的体验；其次机器人可以在医疗(liáo)健(jiàn)康(kāng)领(lǐng)域大(dà)展(zhǎn)身(shēn)手(shǒu)，它(tā)可(kě)协(xié)助(zhù)医(yī)生(shēng)进(jìn)行(xíng)手(shǒu)术(shù)操(cāo)作(zuò)，提(tí)高(gāo)手(shǒu)术(shù)的(de)精(jīng)确(què)性(xìng)和(hé)安(ān)全性(xìng)；也(yě)可(kě)在(zài)机(jī)场(chǎng)、车(chē)站(zhàn)、等(děng)公(gōng)共(gòng)场(chǎng)所(suǒ)，为(wèi)人(rén)们(men)提(tí)供(gōng)导(dǎo)览(lǎn)、咨(zī)询(xún)和(hé)安(ān)全检(jiǎn)查(chá)等(děng)服(fú)务(wu)，提(tí)升(shēng)公(gōng)共(gòng)服(fú)务(wu)的(de)效(xiào)率(lǜ)和(hé)质(zhì)量(liàng)。不(bù)止(zhǐ)这(zhè)些(xiē)场(chǎng)景(jǐng)，“福(fú)兮(xī)”机(jī)器(qì)人(rén)在(zài)未(wèi)来(lái)还(hái)有(yǒu)更(gèng)加(jiā)的(de)应(yīng)用(yòng)场(chǎng)景(jǐng)。

供(gōng)稿(gǎo)单(dān)位(wèi)：重(zhòng)庆(qìng)理(lǐ)工(gōng)大(dà)学(xué)计(jì)算(suàn)机(jī)科(kē)学(xué)与(yǔ)工(gōng)程(chéng)学(xué)院(yuàn)

作(zuò)者(zhě)：重(zhòng)庆(qìng)理(lǐ)工(gōng)大(dà)学(xué) 范(fàn)伊(yī)蕊(ruǐ)

审(shěn)核(hé)专(zhuān)家(jiā)：倪(ní)伟(wěi)

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