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全球首个人机半马明日在亦庄开跑 北职大团队1个多月打磨出“合格选手”
北京青年报客户端 2025-04-18 07:06

2025北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松将于明日鸣枪开跑,这是全球首场人形机器人半程马拉松。届时,12000名人类选手将与来自全国各地近20家机器人赛队的“钢铁选手”并肩起跑,共同完成21.0975公里的比赛。在参赛选手中,一个名叫“0306小巨人”的机器人凭借小巧可爱的外形,成为全场的“颜值担当”。

“小巨人,给我们唱首歌吧?”“没问题,这就来!”……在北京科技职业大学机电工程学院机器人设计创新团队工作室中,邱钊鹏老师正带着团队成员对“0306小巨人”进行步态调试和人机交互测试。作为本次比赛中唯一一个由职业本科院校团队设计的人形机器人,这个小家伙身高仅有75厘米、体重10公斤,身穿一件炫酷的银蓝拼色套装,能跳又会唱。

在灵活走动的过程中,“0306小巨人”会时不时地来回转动短短的脖子,也会跟大家挥手示意。此外,它还会眨着亮晶晶的“大眼睛”,说出一些“萌萌哒”的话语,引来众人一阵发笑。北京青年报记者随后采访设计团队了解到,这个即将走上赛场的人形机器人,从设计研发到最终具备参赛标准,仅用了1个多月的时间。

主动挑战 

11人跨学科团队承压创新

北京科技职业大学是亦庄地区唯一一所高校,也是北京首所市属职业本科大学,其前身是北京电子科技职业学院。今年3月6日,学校决定报名参加在“家门口”举行的大赛。用师生们的话说,这是大家对研发创新的一次主动挑战,而“0306小巨人”名字中的“0306”,就是团队开启备赛的起点。

从报名到比赛仅有一个多月的时间,该如何迎接这次挑战呢?作为团队负责人之一,邱钊鹏老师坦言,虽然学校有机器人研发基础,但挑战机器人半马的压力并不小。“我们学校自2016年开始,就在格斗机器人领域开启研发创新,并在全国大学生格斗机器人比赛中两度获奖。但能跑马拉松的人形机器人与格斗机器人相比,无论在稳定,还是在抗干扰能力等方面,要求都高出很多,这就需要团队不断提升人形机器人的性能。”

面对重重困难,他们并没有后退。学校迅速组建了一支11人多学科交叉融合设计创新团队,其中包括7位老师和4位00后学生。机电一体化技术专业教师主导运动控制算法开发,机械制造及自动化专业教师负责轻量化结构设计,工业互联网应用专业教师开发远程运维系统、人机交互界面设计及集成人工智能技术模块,艺术设计学院服装设计专业教师设计兼具功能性与科技感的具身机器人服装……一场与时间赛跑的科研创新挑战就此开始。

“多学科背景的深度协作,让我们在机器人研发中兼具技术前瞻性与工程执行力,具有理论扎实、实践经验丰富的显著优势。”邱钊鹏说。

加班加点

研发创新突破重重难关

机电工程学院机器人设计创新团队工作室,是这支团队的主战场。在研发创新过程中,他们不断遇到各种各样的难题,加班加点、熬夜对大家来说是家常便饭。

作为负责机器人轻量化结构设计的主力,机械制造及自动化专业的刘帅老师电脑里储存着无数版“0306小巨人”结构设计图。“已经记不清到底有多少个版本了。”刘帅介绍,人形机器人越轻跑起来就越快,所以需要不断优化结构,想方设法给机器人减重。

“以机器人手臂内部圆环形空隙为例,空隙越小,机器人的手臂重量就能做到越轻。为了更精细化,我进行了无数遍的受力分析,最终将这个空隙由原来的直径5毫米,减小至直径2毫米左右,为机器人减重了30%。”刘帅透露,为让“0306小巨人”看起来更萌,他在最初版本的基础上不断优化设计,先后增加了脖子、小蛮腰等,让机器人更加具有“人形”。

此外,“0306小巨人”的头部也尝试过使用不同材质,工作室中至今仍摆放着不同材料、不同颜色的“0306小巨人”头部造型。“以前机器人的眼睛是机械眼,看上去不太灵活,我们想了各种方案,最终给它装上了电子显示屏,这两只圆滚滚的大眼睛格外俏皮,眼珠还会‘左顾右盼’,晚上还能发亮。”刘帅透露,每一次机械造型上的调整,背后都是无数遍算法的升级配合,如此才能让机器人走起来“更稳”。

颜值超高

小巨人有6套炫酷服装

“我们是搞编程的,对外观设计不擅长,所以这块就由机械设计和艺术设计学院的老师负责。”谈起“0306小巨人”科技感十足的服装,邱钊鹏俏皮地说:“我们有6套衣服呢!”

为机器人设计服装,要考虑的因素很多,在艺术形象美观的前提下,还要结合机器人的人体工学原理,并融入个性化功能设计。北青报记者注意到,为“0306小巨人”准备的这6套衣服风格各不相同,有未来感十足的银色与蓝色搭配的套装,也有红色中式马甲和长裤等。

负责服装设计的马淑燕老师介绍:“考虑机器人站立状态屈膝,我们做了立体裁片结构设计;考虑机器人抬腿着装困难,我们对裤子的侧面做了黏合开合设计;考虑抬胳膊时的方便性,我们在腋下加入袖裆插片设计;为了换电方便,我们还给机器人做了背包下展开设计。”

在整个团队的不懈努力下,“0306小巨人”如约出现在了4月9日晚的排位赛演练现场,它出色的表现也赢得了大量喝彩。

邱钊鹏介绍,“0306小巨人”具备四大优势:首先,它采用的刚柔耦合关节技术,可实现拟人化180°大角度范围运动,具备了头部灵动转向、双臂自然垂摆、双足稳健行走等仿生躯体结构系统。其次,它通过多传感器融合环境建模技术,集成语音识别与听觉感知模块实现10米范围内人机对话。再次,它拥有强化学习与多模态融合的全身协调控制系统,实现拟人化稳定行走。另外,在模型预测控制(MPC)的抗干扰技术加持下,“0306小巨人”还可通过系统模型预测未来状态,使得机器人即使遭受外部干扰或冲击,仍能稳定行走。

学生参与

00后现场工程师有担当

值得一提的是,在这个11人团队中,还有4位00后“现场工程师”,他们都是从学校机器人社团选拔出来的优秀学生,为“0306小巨人”的诞生作出很大贡献。

2005年出生的任天赐是北京科技职业大学机电一体化专业大二学生,从小就喜欢机械。在“0306小巨人”机器人研发过程中,他是组装与调试的主力。“我们团队的老师和同学们都特别喜欢较真儿。”任天赐坦言,研发过程中,“0306小巨人”被拆卸过不知多少次,而每次重新组装都需要严丝合缝,“但凡有一丁点儿不到位,都会影响机器人的灵活性、协调性。”

无数次不厌其烦地拆装机器人,让任天赐变得更加沉稳,也真正领会到了精益求精的大国工匠精神。“这次比赛让我拓宽了视野,明晰了未来的职业规划。我看到了机器人技术在各个领域的广泛应用和无限潜力,也看到了自己在其中的定位和发展方向。我们只有不断学习、不断进步,才能跟上时代的步伐,为机器人技术的发展贡献自己的力量。”任天赐感慨地说。

2004年出生的陈熙然,是学校工业互联网应用专业的学生。作为团队中的现场工程师之一,这个“00后”把同龄人的语言表达方式编写进了“0306小巨人”的语言程序中,其中不乏一些网络“新梗”,“我们00后的语言表达方式,能让小机器人说话的语气听起来更萌!”

陈熙然表示,此次参与研发“0306小巨人”,自己也学到了很多东西。“明年我还要作为主力,带着‘0306小巨人’来跑马拉松。”他自信地说。

萌新上场

四个“替身”随时待命

北青报记者了解到,目前“0306小巨人”机器人已经完成了全面的调试与优化工作,各项性能指标均达到预期标准,整体状态稳定且可靠。为了确保机器人在比赛当天能够发挥出最佳水平,团队还制定了详细的现场保障和准备计划。

“我们会配备专业技术支持团队随时待命,解决可能出现的技术问题。”邱钊鹏介绍,团队额外准备了4台备用机器人,这些备用机器人均经过严格测试,性能与主力机器人相当,可随时“替补”上场。在人员配置方面,团队还将安排至少3组经验丰富的操作人员轮流控制机器人,以确保在长时间比赛中能够保持高度的专注力和操作精准度。

“目前我们的机器人每小时步速为2.2公里,虽然不是参赛选手中最快的,但我们有信心会让它跑得越来越快,长得越来越高。”邱钊鹏透露,比赛当天,“0306小巨人”会在跑步过程中与观众挥手打招呼,还会边跑边唱歌,把最萌的一面展现给大家。

“2025年,报名跑,身高≥75cm,距离≥6km。2026年,跑起来,身高≥120cm,距离≥12km。2027年,跑更远,身高≥140cm,距离≥20km”……北青报记者注意到,在机器人设计创新团队工作室内,挂着一幅“0306小巨人”2025—2030机器人半马比赛规划图。

“这个小机器人刚刚诞生一个多月,我们希望它在这次的马拉松赛中先跑起来。”邱钊鹏介绍,“小巨人”寓意着团队对机器人未来的期许,“这款机器人虽然小巧,但我们坚信它能克服困难、不断成长。在不久的将来,小巨人会在外形与性能上实现飞跃,成长为真正的巨人,我们的团队也将随之壮大,在科技创新领域大放异彩。”

对话

跨学科协作将融入人形机器人产业发展

对话人:北京科技职业大学机电工程学院院长 黄敦华

北青报:您如何看待此次人机半马比赛?

黄敦华:我们这次之所以组队参加此次北京亦庄半马,实际上也是融入北京经济技术开发区机器人产业发展的一个重要举措。在参赛的过程中,学校有机会与产业界的技术专家、企业的开拓者进行合作,也能够与其他高校建立联系,这对于我们新成立的机器人和智能制造产业学院的发展,将起到很好的支撑作用。

北青报:能简单介绍一下这个新学院吗?

黄敦华:机器人和智能制造产业学院将实行“N+X”的工作机制,即N个知名企业+X个高校共同聚焦产业发展。科研项目来源产业真实需求,研发过程与产业技术团队(企业骨干)深度合作,研究成果解决产业真实问题。

未来,依托机器人和智能制造产业学院,学校将申办和建设机械电子工程技术、机器人技术、智能制造工程技术等专业,除了开设通识课程、公共基础课、专业基础课和专业核心课之外,还将大力推行更多的交叉融合微专业课程,比如机器人感知技术、机器人建模与控制和机器人场景应用等课程,为机器人产业领域培养高端技能人才。

北青报:怎么想到让学生参与机器人研发?

黄敦华:在“0306小巨人”团队中,老师和学生是一个整体,大家各有分工。学生有梦想、有激情、有担当,他们精力充沛,也勇于投入。学生们在团队中担任的“现场工程师”角色,也是我们职业本科院校人才培养的定位。参与“0306小巨人”研发创新的过程中,学生们在老师的指导下,直接参与数字化设计、系统化集成和专业化运维等,提升了解决较复杂问题的综合能力,为今后就业与发展奠定了很好的基础。

北青报:未来对“小巨人”有哪些期许?

黄敦华:我们今年的目标是先报名参赛,随后是“跑起来、跑更远、跑出彩”。4月11日,北京科技职业大学宣布正式成立,这在学校发展史上具有里程碑意义。以前的北京电子科技职业学院是高职院校阵列里的排头兵,但在职业本科序列里,我们目前还是一个新兵。这一点,“0306小巨人”和北职大一样,都站在新起点上,都需要虚心学习、茁壮成长,勇敢向未来。

人形机器人半程马拉松竞赛规则

比赛环境

人形机器人半程马拉松以南海子公园一期南门为起点,通明湖信息城为终点,全长21.0975公里,途经泡桐大道、文博大桥、通明湖公园等北京经开区标志性点位。

比赛地形环境包含平地、坡道,最大坡度≤9°(以实地坡度为准)比赛线路整体平顺,共包括6个左转道、8个右转道,无折返,终点前设置1.5公里直道,转弯角度≥90°,为人形机器人赛队提供线路GPS坐标数据。

比赛规则

1.起跑站位:参赛机器人按Z形布阵排成两列,同一列机器人前后垂直间距为3米。

2.发枪安排:参赛机器人依次发枪起跑,每个参赛机器人出发时间间隔1分钟,原则上不超过2分钟。

3.行进规则:参赛机器人间距应控制在1米以上,且不得妨碍其他参赛机器人的正常行进。如遇超越,高速机器人需主动绕行低速机器人。如遇故障,正常行进的机器人需绕行故障机器人。

4.赛道规则:参赛机器人须在专用赛道内进行比赛,赛道左侧道路为赛事保障道路。每支赛队最多可安排3名参赛选手同时进入赛道(含领跑员),参赛选手不得影响其他赛队的正常比赛。

5.补给站:赛道内根据物理条件设置若干补给站,赛队可在补给站内更换电池、机器人和进入赛道的比赛选手。

6.关门安排:比赛路线各赛段专设关门时间,关门时间后相应路段将恢复社会交通。

裁判规则

1.赛事组委会组建人形机器人半程马拉松裁判委员会,比赛设裁判长、主裁判、随行裁判。

2.由裁判长为每个参赛队伍指派一名随行裁判,全程跟随,及时判罚。随行裁判佩戴具备录音录像功能的记录仪。

3.比赛过程中,鼓励赛队机器人全程奔跑,鼓励赛队不更换电池,不更换机器人。更换机器人或更换电池需要向随行裁判示意,并经随行裁判同意后进行换电、更换机器人的操作。更换机器人须罚时。

4.机器人通过起点线时开始计时,通过终点线时停表,机器人成绩为比赛计时与罚时总和。奖项根据裁判委员会确认的成绩确定。

奖项设置

依据赛队名次高低,评定冠军、亚军、季军,并安排完赛奖、最佳耐力奖、最佳人气奖、最佳步态奖、最佳形态创新奖等专项奖。

文/北京青年报记者 武文娟 李佳
摄影/北京青年报记者 付丁 刘畅
编辑/倪家宁

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