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[问答] CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件

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小小猫鱼 发表于 2022-5-2 07:22:58 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
在 8 月 10 号的小米发布会上，雷军公布了小米自研的 CyberDog 仿生四足机器人。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第1张图片
这款机器人搭载高精度环境感知系统，全身 11 个高精度传感器向 AI 大脑实时传输信息，同时还可以听从指令、识别主人以及跟随主人自主运动，12 个自由度可以完成各种花里胡哨的动作。
从现在的 PPT 中可以看到 CyberDog 基于 MIT Mini Cheetah 3（本文简称“Cheetah”）和 ROS2 这两个开源项目构建。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第2张图片
这个 Cheetah 究竟是个什么东西？
CyberDog 又基于 Cheetah 做了哪些优化？
今天我就结合我得到的消息，跟大家分享一下。

Cheetah 是个什么东西？

MIT Mini Cheetah 是什么？从名字上可以看出来，这是麻省理工学院推出的一款仿生四足机器人，Cheetah 中文是猎豹的意思。在没有「进化」到 CyberDog 之前，它是这样的：

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第3张图片

MIT Mini Cheetah

顾名思义，设计人员想把 Cheetah 设计成一款可以媲美猎豹一般，具有弹跳力、动作轻盈、速度快、坚不可摧的机器人。
它的创作者是 Benjamin Katz。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第4张图片

左边的那个是 Benjamin Katz

当被问到为什么要做 Cheetah 的时候，Benjamin 说：
“我们设计这个机器人的很重要一点就是，这样用它来做实验或者尝试一些疯狂想法会变得比较容易，因为机器人十分坚固，不会轻易坏掉，而即使坏掉，修复也很轻松和便宜。”
小米副总裁常程说过：”仿生机器人未来在服务、工程、安防、医疗等诸多领域蕴含着巨大的市场潜力。“
这就是 Benjamin 把 Cheetah 设计成不会轻易坏掉和易于更换的原因之一。
至于 Benjamin 为什么要把 Cheetah 设计成 ”即使坏掉，修复也很轻松和便宜“的第二个原因，就不得不提 Cheetah 的前身 Cheetah 3。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第5张图片
Cheetah 3
Cheetah 3 是一个重达 81.5 公斤、非模块化设计的仿生机器人。
“通常需要用绳子将其固定下来，以保护其昂贵的定制部件，所以如果你想要改变什么，你必须做大量的重新设计。” Benjamin 说。
像 CyberDog 增加了 11 个高精密的传感器的这种，在 Cheetah 3 改造成本会很高。
而 Cheetah 的重量则只有 18-19 斤，模块化设计的，价格在 300 美金以下。
Benjamin 说：“而对于 Cheetah 来说，如果你想再增加一只手臂，你只需要再增加三到四个这样的模块化马达。”

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第6张图片
MIT Mini Cheetah 3 的马达
而这种马达，非常容易获取，在无人机上和遥控飞机上就很容能够得到。
Cheetah 是开源的，与其他开源软件不同的是，这个开源项目包括硬件。开源软件运动从软件领域开始，后续陆续扩展到硬件领域。
MIT Mini Cheetah 和 Arduino 一样，从软件、电路原理图、材料清单，设计图等都是用开源许可协议进行开源，方便其他人进行制作组装。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第7张图片

MIT Mini Cheetah 3 的电路图

在 Benjamin 的一篇名为《A Low Cost Modular Actuator for Dynamic Robots》论文中介绍了 Cheetah 的驱动设计和相关硬件结构，在论文中对于 Cheetah 所需要的控制软件、电路图设计、材料清单，设计都都进行了公开。
关于这篇论文我已经为大家准备好了，可以在开源青年公众号后台回复“cheetah”获得下载链接。
如果你动手能力超强，那么读完论文组装一台应该不是什么大问题。
如果你不想动手，可以找朋友组个团，起订量 50 台，每台价格在 300 美金左右。

CyberDog 究竟哪些地方像 Dog？

上面所说的，可以在无人机和遥控飞机上就容易得到的马达，只是一个可以用的标准，如果想要更高的性能，需要不断的进行软硬件优化，才可以让你自己制作的机器人跑的更远、跳的更高、能耗更低。
所以 MIT 为 Cheetah 推出了调教过的定制电机。
CyberDog 也不例外，使用的是小米自研的定制伺服电机，伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
在后续的开源计划中， 小米有计划将电机部分也开源。此外，CyberDog 开源的内容不仅仅是这些。
根据知乎上 CyberDog 的主程在关于《如何看待小米 8 月 10 日发布的机器狗 CyberDog 「铁蛋」?》的回答中，他说道：
“我们过段时间就会进行项目的一期开源，并且会陆续把从嵌入式（电机，传感器，外设），Linux 内核，定制后的 rootfs，裁过的 ROS 2 的 repos，还有我们写的基于 ROS 2 的代码，以及基于 Mini Cheetah 改过的代码等等都开源出来。让大家能够基于我们的项目直接能撸出一套狗来。”
使用代码撸狗即将成为可能。
期待小米能够早日开源。
此外，CyberDog 与 Cheetah 不同的一点是，它拥有了 11 个高精度的传感器，这些传感器充当 CyberDog 的眼睛、皮肤、大脑，给 CyberDog 以视觉、触觉和思考，用于还原更加真实的生物反应，让 CyberDog 变得更像一条真实的狗。
就是不知道如果它跟着我遛弯的时候，没电了怎么办？可以用移动充电宝充电么？不然抱着这个将近 20 斤的大家伙回家可太社死了。
所以什么时候把电池容量公布一下？
还有就是它会说话了，粗暴的理解一下，就是把小爱同学沉淀下来的技术成果放到了 CyberDog 身上了，这样你就可以和他交互了。
如何保证这些传感器能够灵敏的工作呢？答案就是算力。
CyberDog 使用的是 NVIDIA Jetson Xavier NX，一个为边缘和嵌入式场景设计的 AI 计算机，特点就是体积小巧 ，算力配置如下：384 个 CUDA Cores、48 个 Tensor Cores、6 个 Carmel ARM CPU 和 2 个深度学习加速器引擎。总体算力可以达到 21 TOPS。
算力水平相当于在 CyberDog 身上装了两块 1080 Ti。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第8张图片
软件层面，使用的是 Ubuntu 18.04 LTS + ROS 2 的组合。
很好奇为什么不直接上使用 20.04 LTS，毕竟维护期限差了不止一点半点。此外 ROS 2 的版本是 Foxy，默认支持 20.04 LTS 版本，使用 18.04 LTS 版本还要从源码包去编译。

CyberDog、MIT Mini Cheetah 和开源硬件 第9张图片
所以我真是想不通为什么小米为什么这么做。
可能是改代码了？
Ubuntu + ROS2 这套组合主要是为了让 CyberDog 的 11 个高精度传感器正常工作，为其计算工作提供充沛的算力。
至于 CyberDog 的动力控制系统，使用的是 Tina Linux 的实时内核的操作系统，用来运行 Cheetah 的控制算法。
很神奇的是，我没有在 Github 和 Gitee 上找到 Tina Linux 的代码仓库。
是我的方法不对么？
两个系统各司其职，一个负责 CyberDog 的「智力」，一个负责 CyberDog 的「体力」。
关于两个系统的部分没有官方的信息支撑，只是我的个人理解，如果有不同的地方欢迎评论区友好讨论科普。
这样做的好处显而易见，在开源之后，有些狗使用 Ubuntu 18.04 + ROS2 的组合称为「千里眼」和「顺风耳」，有些狗则使用 Tina Linux 提供的实施操作系统内核，让 Cheetah 变得更高、更快、更强的「运动员」。

最后，如果你想后续会继续关注 CyberDog 开源的相关消息，欢迎关注开源青年。


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标签：开源硬件发布会上传感器自由度机器人
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