放眼整個市場，零售價格10萬元以內的雙足人形機器人平臺并不多見，宇樹Unitree G1零售價9.9萬元人民幣，雖已量產，但一機難求。如果將價格再度下探，逐際動力TRON 1可能是一個不錯的選擇，終端零售價6.98萬元，購一得三，不僅價格親民，還具備雙點足、雙足、雙輪足三種足端形態(tài)。但如果要求在5萬以內，是否還有可選擇的空間呢？我們注意到此前眾擎機器人以3.85萬元發(fā)布了旗下首款搭載行星驅動的SA01雙足人形機器人，引起市場巨大關注。該產品定位于個人開發(fā)者和小型科研機構，產品完成度高，同樣，由于超高性價比，導致該機器人訂單量暴增，交付周期較長。有沒有一種可能，通過自己靈巧的雙手和知識儲備，DIY手搓一臺開源雙足人形機器平臺呢？
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你別說，還真有一位大神這么干了！這位來自知乎的大神名叫Alexhuge，使用CNC加工機器人零部件，并在某電商平臺采購三款達妙一體化關節(jié)電機，配合碳纖維管與碳纖維板，成功打造了AlexBot雙足機器人，該機器人使用GPL3.0開源協(xié)議，具備硬件行走能力。
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▍AlexBot雙足機器人機械結構與設計原理
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知乎大神Alexhuge打造的版本為下半身AlexBot雙足機器人，一條腿擁有5個關節(jié)，其中胯關節(jié)3自由度，膝關節(jié)1自由度，踝關節(jié)1自由度，為了降低整體小腿慣量，Alexhuge將膝關節(jié)電機上移至胯部。電機使用了達妙DM-J8009作為胯關節(jié)大腿電機，額定功率為20N.m，峰值扭矩為40N.m。其他關節(jié)采用DM-J8006，踝關節(jié)采用DM-J6006。整體機械使用SW2021版本設計，進行拓撲優(yōu)化和結構有限元仿真，仿真優(yōu)化采用Altair Inspire制作。大腿部分采用CNC一體沖壓設計，其成本在5000元左右。
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AlexBot雙足機器人軟件算法及硬件結構整體設計構架
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硬件部分使用了STM32H7B0核心板，這是一款基于ARM? Cortex?-M7內核的高性能微控制器（MCU），搭載了Cortex-M7內核，最高主頻可達280MHz，具備高性能的浮點運算能力和指令集擴展。作者集成了一個九軸陀螺儀做外環(huán)控制，上位機使用了一個英偉達的Jetson Xavier NX作為主電腦。
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AlexBot雙足機器人本體部分機械結構
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整體電路當中所包含兩個分電板以及一個STM32H7B0VBT6為核心的控制板和上位機Jetson Xavier NX。由電源供電24V給到4個DM6006，4個DM8006和兩個DM8009。接入24V轉壓模塊輸出5V和19V電壓分別給主控核心板和Jetson Xavier NX供電，主控核心板主要處理矩陣變換以及和電機之間的CAN通訊問題。
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AlexBot雙足機器人髖關節(jié)設計
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AlexBot雙足機器人每條腿配備有五個電機，分別是兩個DM6006、DM8006以及一個DM8009，作者充分考慮到CAN總線帶寬占用問題，目前一個STM32H7B0核心板的一個CAN通道最多接入五個電機，CAN1接入左腿的五個電機，CAN2接入右腿的兩個電機，同時核心板皆有帶有隔離的多路串口和RS485接口，可以順利的完成和Jetson Xavier NX的通訊。
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AlexBot雙足機器人腿部結構設計
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在電源選取上，AlexBot一共所需四個DM6006電機，四個8006電機以及兩個DM8009電機，根據預估額定電壓和額定電流，最終作者選用了輸出功率為2KW的DC直流源作為供電電源。
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金屬件及組裝 ? ?
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此外AlexBot選用STM32H7B0VBT6作為核心芯片，引出兩路CAN通道FDCAN1和FDCAN2。電路設計包含輸入的5V過壓保護設計，通過一個PNP和一個P-MOS來完成電路過壓時自動斷開電路并直接接入GND。同時內置IMU，可以選擇多種方式與之通訊，可以通過模擬IIC來獲取九軸數據或者通過串口實現(xiàn)九軸的數據獲取。同時板內內置兩路485通訊接口，通過MAX13487RS485邏輯電平轉換芯片，將TTL電平轉換成RS485協(xié)議的電平，并通過外部電路的設計實現(xiàn)數據傳輸的自動換向，同時引出多路串口接口，為了防止高壓通過串口直接損壞芯片，在每一路的串口輸出中，接入了Π122M31雙通道數字隔離器芯片進行隔離。并引出幾路定時器接口可以輸出PWM波方便后續(xù)方案改進或者調試。
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▍模仿學習算法&全身MPC&WBC控制設計
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AlexBot在仿真和強化學習方面，作者使用了NVIDIA Isaac Gym和Legged Gym。由于采用5個自由度，所以作者修改了leggedgym/envs/base中l(wèi)eggedrobot.py，將維度部分進行調整。
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Alexhuge表示，目前步態(tài)限制規(guī)劃已經取得了初步成果，負責算法的團隊已經讓機器人行走成功。
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目前團隊已經根據電控的限位要求調整了URDF文件中的關節(jié)，可以通過MuJoCo查看器查看，后續(xù)會繼續(xù)更新Sim-to-Real和強化學習訓練，讓AlexBot實現(xiàn)更加流暢的步態(tài)行走能力。
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▍整體花費2萬出頭 BOM成本可控
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Alexhuge表示，目前本體硬件控制在20000元左右，并且一體化關節(jié)電機采用達妙解決方案，10臺關節(jié)電機標價為13000元，經過多輪協(xié)商，最終以10500元價格拿下，達妙還一并贈送USB轉CAN模塊和H723開發(fā)板。
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CNC模具上，Alexhuge在某工廠咨詢價格為6800元，實際成交價格為5000元，量大后整體成本還能更低。此外作者列出AlexBot雙足機器人的26個標準件，累計1723.7元。此前預估成本為24691.7元，但優(yōu)惠后，實際成本僅有20000出頭。目前該機器人單一模塊成本最高的為NVIDIA Jetson Xavier NX開發(fā)套件，價格為5119元。
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Alexhuge表示，目前在AlexBot雙足機器人整體已經基本完成，但大腿的一體化關節(jié)電機有可能在后續(xù)進行升級更新，更換達妙DM10010L，該電機額定扭矩40N.m，峰值扭矩可達120N.m，單電機售價僅為1198元。而此前大腿方案采用達妙DM-J8009零售價格為2199元，額定扭矩僅為20N.m，價格與性能均相差一倍。如果采用達妙DM10010L方案，整體BOM成本會再下調2000元左右。達到2萬元以內的價格。?
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目前知乎大神Alexhuge已經公布了Github開源地址，地址如下：
https://github.com/Alexhuge1/Alexbot
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▍關于Alexhuge：
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現(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學未來技術學院學生黃一，網絡昵稱Alexhuge，研究課題為《雙足人形機器人結構與步態(tài)規(guī)劃》，該研究團隊成員包括：趙之也、任飛、朱騏、張堡鑫。指導教師為機器人技術與系統(tǒng)全國重點實驗室副主任，哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院教授、博士生導師，哈工大人工智能研究院首席科學家朱延河。