放眼整个市场，零售价格10万元以内的双足人形机器人平台并不多见，宇树Unitree G1零售价9.9万元人民币，虽已量产，但一机难求。如果将价格再度下探，逐际动力TRON 1可能是一个不错的选择，终端零售价6.98万元，购一得三，不仅价格亲民，还具备双点足、双足、双轮足三种足端形态。但如果要求在5万以内，是否还有可选择的空间呢？我们注意到此前众擎机器人以3.85万元发布了旗下首款搭载行星驱动的SA01双足人形机器人，引起市场巨大关注。该产品定位于个人开发者和小型科研机构，产品完成度高，同样，由于超高性价比，导致该机器人订单量暴增，交付周期较长。有没有一种可能，通过自己灵巧的双手和知识储备，DIY手搓一台开源双足人形机器平台呢？
你别说，还真有一位大神这么干了！这位来自知乎的大神名叫Alexhuge，使用CNC加工机器人零部件，并在某电商平台采购三款达妙一体化关节电机，配合碳纤维管与碳纤维板，成功打造了AlexBot双足机器人，该机器人使用GPL3.0开源协议，具备硬件行走能力。
▍AlexBot双足机器人机械结构与设计原理
知乎大神Alexhuge打造的版本为下半身AlexBot双足机器人，一条腿拥有5个关节，其中胯关节3自由度，膝关节1自由度，踝关节1自由度，为了降低整体小腿惯量，Alexhuge将膝关节电机上移至胯部。电机使用了达妙DM-J8009作为胯关节大腿电机，额定功率为20N.m，峰值扭矩为40N.m。其他关节采用DM-J8006，踝关节采用DM-J6006。整体机械使用SW2021版本设计，进行拓扑优化和结构有限元仿真，仿真优化采用Altair Inspire制作。大腿部分采用CNC一体冲压设计，其成本在5000元左右。
AlexBot双足机器人软件算法及硬件结构整体设计构架
硬件部分使用了STM32H7B0核心板，这是一款基于ARM® Cortex®-M7内核的高性能微控制器（MCU），搭载了Cortex-M7内核，最高主频可达280MHz，具备高性能的浮点运算能力和指令集扩展。作者集成了一个九轴陀螺仪做外环控制，上位机使用了一个英伟达的Jetson Xavier NX作为主电脑。
AlexBot双足机器人本体部分机械结构
整体电路当中所包含两个分电板以及一个STM32H7B0VBT6为核心的控制板和上位机Jetson Xavier NX。由电源供电24V给到4个DM6006，4个DM8006和两个DM8009。接入24V转压模块输出5V和19V电压分别给主控核心板和Jetson Xavier NX供电，主控核心板主要处理矩阵变换以及和电机之间的CAN通讯问题。
AlexBot双足机器人髋关节设计
AlexBot双足机器人每条腿配备有五个电机，分别是两个DM6006、DM8006以及一个DM8009，作者充分考虑到CAN总线带宽占用问题，目前一个STM32H7B0核心板的一个CAN通道最多接入五个电机，CAN1接入左腿的五个电机，CAN2接入右腿的两个电机，同时核心板皆有带有隔离的多路串口和RS485接口，可以顺利的完成和Jetson Xavier NX的通讯。
AlexBot双足机器人腿部结构设计
在电源选取上，AlexBot一共所需四个DM6006电机，四个8006电机以及两个DM8009电机，根据预估额定电压和额定电流，最终作者选用了输出功率为2KW的DC直流源作为供电电源。
金属件及组装
此外AlexBot选用STM32H7B0VBT6作为核心芯片，引出两路CAN通道FDCAN1和FDCAN2。电路设计包含输入的5V过压保护设计，通过一个PNP和一个P-MOS来完成电路过压时自动断开电路并直接接入GND。同时内置IMU，可以选择多种方式与之通讯，可以通过模拟IIC来获取九轴数据或者通过串口实现九轴的数据获取。同时板内内置两路485通讯接口，通过MAX13487RS485逻辑电平转换芯片，将TTL电平转换成RS485协议的电平，并通过外部电路的设计实现数据传输的自动换向，同时引出多路串口接口，为了防止高压通过串口直接损坏芯片，在每一路的串口输出中，接入了Π122M31双通道数字隔离器芯片进行隔离。并引出几路定时器接口可以输出PWM波方便后续方案改进或者调试。
▍模仿学习算法&全身MPC&WBC控制设计
AlexBot在仿真和强化学习方面，作者使用了NVIDIA Isaac Gym和Legged Gym。由于采用5个自由度，所以作者修改了leggedgym/envs/base中leggedrobot.py，将维度部分进行调整。
Alexhuge表示，目前步态限制规划已经取得了初步成果，负责算法的团队已经让机器人行走成功。
目前团队已经根据电控的限位要求调整了URDF文件中的关节，可以通过MuJoCo查看器查看，后续会继续更新Sim-to-Real和强化学习训练，让AlexBot实现更加流畅的步态行走能力。
▍整体花费2万出头 BOM成本可控
Alexhuge表示，目前本体硬件控制在20000元左右，并且一体化关节电机采用达妙解决方案，10台关节电机标价为13000元，经过多轮协商，最终以10500元价格拿下，达妙还一并赠送USB转CAN模块和H723开发板。
CNC模具上，Alexhuge在某工厂咨询价格为6800元，实际成交价格为5000元，量大后整体成本还能更低。此外作者列出AlexBot双足机器人的26个标准件，累计1723.7元。此前预估成本为24691.7元，但优惠后，实际成本仅有20000出头。目前该机器人单一模块成本最高的为NVIDIA Jetson Xavier NX开发套件，价格为5119元。
Alexhuge表示，目前在AlexBot双足机器人整体已经基本完成，但大腿的一体化关节电机有可能在后续进行升级更新，更换达妙DM10010L，该电机额定扭矩40N.m，峰值扭矩可达120N.m，单电机售价仅为1198元。而此前大腿方案采用达妙DM-J8009零售价格为2199元，额定扭矩仅为20N.m，价格与性能均相差一倍。如果采用达妙DM10010L方案，整体BOM成本会再下调2000元左右。达到2万元以内的价格。
目前知乎大神Alexhuge已经公布了Github开源地址，地址如下：
https://github.com/Alexhuge1/Alexbot
▍关于Alexhuge：
现为哈尔滨工业大学未来技术学院学生黄一，网络昵称Alexhuge，研究课题为《双足人形机器人结构与步态规划》，该研究团队成员包括：赵之也、任飞、朱骐、张堡鑫。指导教师为机器人技术与系统全国重点实验室副主任，哈尔滨工业大学机电工程学院教授、博士生导师，哈工大人工智能研究院首席科学家朱延河。
