具身智能人形机器人的组成及系统架构层级

人形、巨身、智能機器人具有巨身智能和人形結構,已經不是傳統機器人的控制系統加機構。 巨身智能人形機器人是會學習的動態生命系統,它在層級、偶合度、實時性、學習能力上幾乎都是全新的概念,更接近於人類。 巨身 Embodied 智能是用身體學會理解真實世界,巨身智能人形機器人包括身體、神經系統、大腦、學習系統、生理調節系統、安全倫理系統,如果用類人系統來比喻鍵上表。 巨身智能人形機器人系統架構層級如圖所示,以下將對各層級進行詳細描述。 一、機械本體系統是巨身的根,不是外殼,身體本身會參與計算。 由多自由度骨架、仿人關節、肩髖膝踝手、柔順結構、彈性、阻尼組成,支持類人動作空間,允許非精確控制靠身體補償,支撐學習型控制而非只執行。 二、多模態感知系統不只是看得見,而且能在身體中感知。 與普通機器人最大區別是感知和動作強偶合,不只是外部環境,還包括身體內部狀態,一般由以上感知類型組成。 三、神經控制系統是人形機器人最難的部分之一,核心作用是毫秒級實時控制,保持動態穩定、走路、轉身、推擠等。 其神經系統特點是高帶寬,機器人每秒至少感知、思考、控制一千次,強反潰壁環,常用學習型控制。 四、中層行為系統相當於動作技能庫,它把連續控制動作抽象成技能,支持組合、遷移、附用,例如走路、抓取、推門、拿杯子、蹲下起立。 通過技能Token化,動作源於Motion Primitives,模仿學習和強化學習實現。 五、高層認知與規劃系統是真正意義上的智能,主要功能包括任務理解、場景推理、多部規劃、人類指令理解。 通常由世界模型World Model、任務規劃器、多模態AI大模型VLMLLM、記憶系統短期加長期組成。 六、學習與自我改進系統是可泛化智能的發動機,具有從失敗中學習、從演示中學習、從自我探索中學習的功能,包括自監督學習、強化學習和終身學習,巨身智能機器人是越用越聰明。 七、能量與生理調節系統是機器人生命系統,不只是供電功率分配、熱管理、關節負載管理、續航策略,智能還會考慮如我累了,我要省電等這一類問題。 八、安全、倫理與人機共存系統是巨身機器人必須有的剎車神經,包括硬件急停、立限制、行為約束、倫理規則、人類優先權等,這是人型機器人商業化的底線。 九、系統軟件與巨身中間件是把身體和智能粘在一起,具有實時與非實時混合、多智能體調度、雲端協同的特點,系統軟件包括ROS2加RT kernel、自研控制框架、數字孿生、仿真系統等。