在2024年中关村仿生机器人大赛上，浙江大学APRIL机器人团队的四足机器人以出色的表现摘得多足仿生机器人赛道障碍赛桂冠。大赛自7月启动以来，面向全球征集仿生机器人优秀创新团队，共吸引101支队伍参与160余个赛项。经过初赛、复赛的层层选拔，来自众多知名高校、科研院所和创新型企业的52支参赛队伍携56款仿生机器人作品入围决赛项目。

比赛中，浙大APRIL机器人团队的参赛机器人展现出卓越的运动能力。面对砂砾、粗木、台阶、斜坡等复杂地形，其机动性、稳定性和控制系统经受住了考验。凭借完善的系统设计和鲁棒的运动控制，团队不仅成功通过最多地形种类，还创下最短用时，赢得现场观众和评委的一致好评。

据浙江大学控制科学与工程学院教授、APRIL机器人团队负责人刘勇教授介绍，团队虽然有能力参加更多赛项，包括其他任务赛，但考虑到学生的精力，最终只选择了其中一个。

机器人大讲堂记者了解到，APRIL机器人团队在自主机器人与智能系统、机器人自主规划与导航控制、视觉识别与模式识别、SLAM技术及多传感器融合技术等方面具有深厚技术积累。回顾团队的发展历程，刘勇教授介绍，APRIL机器人团队近两三年才开始深入腿足机器人研究。在此之前，团队曾涉足仿生人形乒乓球机器人领域，研究它的感知和定位技术。那时候这类研究还处于很早期的阶段，但为团队积累了宝贵的经验。

刘勇教授表示，最初将研究方向转向四足机器人时，这只是实验室一个试验性的小项目，投入的资源也不多。“最开始是在已有的机器人平台上做一些运动规划的研究工作。看到一些学生对这个方向很感兴趣，我们才开始逐步推进这项研究。购买了一台商用四足机器人作为研究平台，开始进行更深入的探索。”

▍独特技术路线的选择与突破

与其他团队不同的是，APRIL机器人团队在起步时就选择了一条独特的技术路线。这个决定源于他们对行业痛点的深刻理解。传统的四足机器人控制方案在不同地形间切换时，需要手动更换控制策略。这在实际应用中是很大的障碍，因为自主运动的机器人可能会遇到各种地形，不可能总有人在现场操控。基于这一认识，团队选择了现在的技术方案。

很多团队把重点放在提升硬件性能上，但APRIL机器人团队更关注机器人的智能化水平。刘勇教授解释道，“这就像人的'大脑'和'小脑'系统，不仅要有好的'身体'，还要有聪明的'大脑'。”在他看来，只有让机器人具备较强的自适应能力，才能真正实现实际应用中的自主运动。

技术路线的选择很快在实践中得到了验证。2024年是APRIL机器人团队收获的丰年。年初，团队看到国际顶级会议IROS举办四足机器人挑战赛的消息后随即报名参加。团队在6月的比赛中首次参赛就获得遥操作组冠军。“在现场，无论是机器人的表现，还是整个的性能稳定性，以及各种自适应性方面，我们都全面超越了其他参赛队伍。这让团队对技术方案更有信心了。”刘勇教授回忆道。

短短三个月后，团队就将机器人升级为全自主版本，并在机器人背部加装了机械臂，用于环境探测。该版本在10月的ICRA 2024四足机器人挑战赛中再次摘得桂冠。据悉，比赛采用加权计分制，全自主方案会获得更高的分数。APRIL机器人团队的机器人自主通过了各种障碍，并且是赛场上唯一一支完成自主导航的队伍，也是唯一一支通过机械臂搭载相机实现目标图像识别的队伍。

▍核心技术的突破与挑战

“从技术类别上看，我们的方案主要包含三个关键点。”刘勇教授介绍道，“首先是具身智能运动控制方案，其次是通过强化学习实现对不同地形的自适应能力，最后是从仿真到现实的迁移学习技术。这三个技术点相互支撑，形成了一个完整的技术体系。”

在实现这些技术突破的过程中，算力支持是一个关键因素。“我们的技术方案需要进行大规模仿真运算，这给算力带来了很大挑战。”为此，团队曾使用太湖之光等超级计算机的支持，通过大量的仿真训练来优化控制算法。通过强化学习和大量仿真训练，APRIL机器人团队的机器人在各种复杂环境下都能表现出色，无论是上台阶、走沙地，还是跨越障碍物，都能自如应对。

“我们已经把'小脑'系统做到了比较极致的程度，”刘勇教授解释道，“就像人类的小脑掌管运动控制和平衡能力一样，我们的机器人也实现了类似的功能。通过大量的仿真训练，机器人在各种情况下都有了充分的'练习'，这也是为什么它能表现得又快又稳。而且，我们正在努力提升'大脑'系统的能力，让机器人能够更好地理解环境，做出更智能的决策。”

与传统控制方案相比，APRIL机器人团队的方案具有明显优势。“传统方案需要针对不同地形手动切换控制策略，这在实际应用中是很大的限制。而我们的方案让机器人能够自适应地应对各种地形变化，这大大提高了其实用性。”刘勇教授说，“在比赛中，我们的机器人用时最短，因为操作者只需要指定前进方向，不需要关心具体地形和步态，这些都由我们的控制器自动完成。”

▍全球竞争格局中的中国力量

在刘勇教授看来，全球四足机器人的技术竞争格局主要集中在几个重要区域。目前来看，主要是欧洲、美国、中国和韩国几个地区比较突出，每个地区都有其特色和优势。

在欧洲，以瑞士苏黎世联邦理工的ANYmal四足机器人为代表。他们的技术水平代表了目前行业的顶级水平之一。不过他们的机器人结构构型与其他团队有所不同，这种差异可能会影响其市场化进程。虽然在技术上有优势，但在市场化道路上可能会面临一些挑战。

美国方面则以波士顿动力和Ghost Robotics为代表。波士顿动力可以说是四足机器人最早的开创者之一，他们的硬件水平做得很出色。不过在控制策略方面，他们目前或许已经不太占优势。而Ghost Robotics则主要专注于军用市场，与美国军方有着密切合作。

韩国的力量同样不容小觑，特别是韩国科学技术院（KAIST），在机器人领域有很深厚的技术积累，在机构设计方面具有较高水准。

在中国，主要是以宇树科技和云深处为代表的两家头部企业。这两家企业都在快速发展，但目前主要还是在强调硬件体系的完善，可以说是把'身体'做好了。在'大脑'和'小脑'系统的智能化水平上还有提升空间。不过从发展速度来看，中国企业正在快速追赶，并在某些领域已经展现出独特优势。

▍应用探索与未来展望

“目前四足机器人最具潜力的应用场景主要集中在巡检、巡逻以及特种应急救援等领域。”刘勇教授表示，“这些场景对机器人的运动能力和环境适应性要求都很高，恰恰是四足机器人的优势所在。但要实现大规模应用，还需要解决几个关键问题。”

首先是产品可靠性的提升。“虽然四足机器人已经是最成熟的仿生机器人形态之一，但其可靠性与轮式机器人相比还是有差距。”刘勇教授解释道，在实际应用中，可靠性是一个非常关键的指标，需要确保机器人能够在各种环境下稳定运行，这需要在机械结构、控制算法等多个层面进行优化。

其次是各种防护需求的满足。“不同的应用场景对机器人有不同的防护要求，比如防爆、防水、防尘等。这些特殊环境下的应用需求，都需要在机器人设计时充分考虑。”刘勇教授说，这不仅涉及硬件设计，还需要考虑控制策略的调整，以适应不同环境的特点。

“最关键的是提升机器人在任意场景下的自主定位导航和作业能力。”刘勇教授强调，“这直接决定了机器人能否真正实现产业应用。只有让普通用户能够轻松部署和使用机器人，才能形成真正的市场需求。目前很多应用场景中，机器人的部署还需要专业技术人员的支持，这在某种程度上限制了其推广应用。”

谈到未来发展规划，刘勇教授表示团队将继续在“大脑”系统上发力。“我们已经在‘小脑’系统上取得了不错的成果，接下来要重点提升机器人的认知和决策能力，让它能够更好地理解环境，做出更智能的决策。”

四足机器人加上机械臂的组合方案可能是一个重要发展方向。“在人形机器人还没有完全成熟之前，这种组合方案可能会成为一个较为理想的解决方案。机械臂能够大大扩展四足机器人的作业能力，让它不仅能够移动，还能进行更复杂的操作任务。”

“但最重要的是，”刘勇教授总结道，“机器人的发展一定要与应用场景紧密结合。它不是靠单纯的技术突破就能解决的问题，必须考虑成本因素，让用户能够接受。只有找到真正符合市场需求的应用场景，才能带动产业链发展，推动成本下降，形成良性循环。这需要产学研各方面的共同努力。”

“我们对中国四足机器人的发展前景很有信心。”刘勇教授说，从技术积累到应用探索，中国团队都展现出了强大的创新能力和执行力。随着技术的不断成熟和应用场景的拓展，相信中国的四足机器人产业一定能够实现跨越式发展，在全球竞争中占据重要地位。