河套 IT TALK 49：（原创）掰开了揉碎了聊聊机器狗 Spot
波士顿动力唯一的商业明星
在波士顿动力目前产品销售目录上，就两款产品。你没听错，就两款产品：一款是一个相貌平平没腿没脚，依赖轮子在平坦地面滑行，并且只通过一个机器单臂移动货物的仓储机器人Stretch。还有一款就是Spot，也就是我们熟知的机器狗。Stretch是迄今为止，最不波士顿动力的机器人了，因为波士顿动力公司擅长的可是双足和四足拟态机器人啊！我们今天把焦点移到另外一款商用机器人Spot身上，好好聊聊这款经常给我们玩花活儿的明星机器狗。
Spot的商业答卷
2022年，Spot算是给波士顿动力交上一份马马虎虎的商业答卷，在35个国家地区卖出了超过1000 台，这是从2020年6月份卖出第一台Spot以来的一个巨大的飞跃。
在2022年这一年中，Spot 累计完成：
- 步行了14,500 公里，相当于从波士顿动力的总部步行到南极。
- 完成了数千次任务。
- 覆盖大约545 公里。
- 现场检查了工厂、发电设施、建筑工地等超过130,000 项工业资产。
- Spot的手臂捡起10,000 个物体并打开了7,000 多扇门。
波士顿动力，成立于1992年，听起来有些不可思议，Spot既然是波士顿动力销售的第一款商用机器人。如果以一家商业机器人公司的维度来衡量波士顿动力的话，这家公司成立28年后，才卖出第一台商业机器人，算是极度不及格的那种。成绩确实有些难堪，何况，至今为止，波士顿动力仍是一个无比烧钱的公司，自行运作上完全达不到收支平衡。
不过话题还是收回来，来聊Spot吧。
Spot商用之路的纠结
Spot其实转商用也是一种无奈之举。如果我说Spot一开始并不是为商用考虑的，你相信吗？
故事还要从波士顿动力成名的四足军用机器人大狗BigDog说起，大狗项目最早创建于2005年，由国防高级研究计划局（DARPA）资助。项目初衷定位为机器人骡子，能够在传统车辆无法通行的崎岖地形中帮助托运军备物资。单纯从运动性能来看，这个重达110公斤，载重180公斤的机器骡子在复杂地形表现不俗。BigDog被称为“世界上最雄心勃勃的腿式机器人”不是没有原因的：它的设计指标就是即便负重180公斤，也能以每小时 6.4 公里/小时的移动速度，穿梭崎岖不平、上下坡度高达35度的复杂路况环境。很遗憾，它的硬伤也同样明显：汽油动力，噪音太大了，简直就是移动靶子。
后来应DARPA要求，在2010年，波士顿动力又启动了另外一个项目小狗（LittleDog），与BigDog不同，LittleDog通过安静得多的锂电池供电可以运行30分钟，令人遗憾的是，这个项目又走向了另外一个极端，就是负重仅能携带18公斤。
思来想去，DARPA最后还是终止了这两个项目。但是这两个项目着实为后来的Spot开发奠定了坚实的基础。
2016年，波士顿动力推出了Spot。出彩的ID外观，优雅的步态，还有那个玩得出神入化的机械臂，让这款机器人很快成为波士顿动力公司的网红No 1。2018年5月11日，在思考再三之后，首席执行官光头大叔马克·雷伯特（Marc Raibert）在 TechCrunch 机器人会议 2018 上终于高调宣布，Spot 机器人已经在进行规模化预生产了，并准备在 2019 年投入商业使用。
到了2019年，波士顿动力又执拗犹豫了一年他们的商业模式到底是出租还是出售。
最终，2020年6月16日，这款明星产品才开始公开在网上销售。Spot Mini的售价是74500美金，至今未变。
通过这个简约的历史回顾，不难发现，马克·雷伯特毫无疑问是个出色的科学家和工程师，但确实也是个糟糕的产品经理和销售。
Spot的技术参数
Spot 机器人净重32.5千克，最大负载14公斤，长110厘米，宽50厘米，站立身高84厘米。
Spot有4条腿，每条腿的髋关节和膝盖位置都有促动器，以实现每条腿3个自由度（全身12个自由度）的运动：
- 髋关节 X 轴 (HX)：与垂直方向成 +/- 45 度（与垂直方向成 45 度内旋和外旋）
- 髋关节 Y 轴 (HY)：+/- 91 度，偏离垂直方向 50 度（屈曲/伸展）
- 膝盖：+/- 14-160 度（弯曲/伸展范围从 14 到 160 度）
- 最快行进速度每秒1.6米。满电池典型运动时间可以达到90分钟，待机180分钟。
Spot Mini（简化版）有5对立体相机，分布在身体周围，360度视野，视野距离4米，可提供黑白图像和视频。如果做一个形象的比喻，Spot Mini就是一个近视眼加色盲。
如果只是一台Spot Mini，能做的事情是非常有限的，大部分销售场景里，Spot都需要配备额外的负载设备。
Spot的额外负载设备
最大负载14公斤，给Spot带来了灵活的负载空间，也可以称为一个扩展性很强的机器狗。
机械臂Sport Arm
最经典的一个负载设备就是Spot Arm，一个有6个自由度的8公斤手臂。手臂末端配备夹持器。这只手臂可以干一些基本的体力劳动，比如：抓取、提起、携带、放置、旋转和拖拽。具体场景比如它可以开门或者拿起4公斤以内的物品，或者在地毯上拖动25公斤的东西。手臂完全伸展可以达到984毫米。手臂的速度可以达到每秒10米。夹持器的末端还配备一台4K的FOV广角相机和一个LED照明装置。
这个机械臂，有人喜欢，也有人觉得恐怖。在2018年2月份波士顿动力官方油管频道上一个工作人员测试想办法阻止带着机器臂的Spot开门的视频，让很多观众觉得毛骨悚然。这种永不放弃的倔劲儿，再配备了一个大钳子，多少让人有些担心。
在Spot的说明书里，明确写着：建议机器人处于活动状态时，请勿触摸手臂或者夹持器，远离机器人，保持至少3米的安全距离。
彩色摄像机Spot CAM+
除了手臂，负载配件也可以用来提升Spot的环境感知能力。别忘了，它的基础摄像头只是黑白的。Spot CAM+使用360° 视野的彩色环形摄像机和具有 30 倍光学变焦的云台变焦 (PTZ) 彩色摄像机实现详细的目视检查。而且Spot CAM+还集成了喇叭和麦克风，可以用来和现场的人员对话。同时有四对LED灯以确保黑暗环境下有足够的流明。
当然，很多时候光靠可见光相机，还是达不到要求，夜间工作场景，或者光线昏暗的一些极端环境，需要有热源检测的红外探测能力。Spot还支持Spot CAM+IR，也就是在Spot CAM+上再叠加一个集成辐射测量热像仪。
计算模块Spot Core
如果对Spot还有进一步的现场计算需求，也就是能高效处理和分析其机载传感器的数据，还可以给Spot加上一个外部计算机Spot Core。内置一个6核的Nvidia Carmel ARM CPU，一个384核Nvidia Volta GPU（其中传感器48核），16GB的内存以及512G的额外存储。同时还安装了5G/LTE无线模块，Spot可以把计算的结果快速传递给远程的工作人员。
深度雷达感知EAP 2
如果现场的环境很广阔，基础配置里面的4米以内感知就不够了，为了进一步提升Spot的自治能力，包括深度和准确性，可以在Spot Core上再叠加EAP 2自主导航激光雷达提供高达100米的感应范围和地图绘制能力，以便做到更好地自主路线导航。
丰富的API定制
Spot还有一项定制能力，就是提供了丰富的API。自 2020 年 1 月 23 日起，任何人都可以通过GitHub获得 Spot 的 SDK 。它将允许程序员用Python为 Spot 开发自定义应用程序，以执行可用于不同行业的各种操作。
https://github.com/boston-dynamics/spot-sdk
在Github上，开发者可以找到介绍Spot的概念文档，Python客户端库，额外的有效负载配件的开发文档，Spot API的协议定义和各种SDK代码库。迄今为止，Spot已经升级到了3.2.2版本。
Spot的典型工作场景
了解完Spot的技术配置，让我们再看一下，它到底都用在了什么场景呢？
第一次商业化尝试灰头土脸，草草收场
第一个Spot的商业客户是马萨诸塞州警察局。Spot成为警局里的机器人警察，并加入了拆弹小组。2019年11月，一个机器警察进入民宅的视频在互联网上传播开来，立即炸开了锅，支持方和反对方立场鲜明，吵得不亦乐乎。美国公民自由联盟（ACLU）率先表达抗议，谴责在警察队伍中使用通用机器人的巨大风险。加州大学戴维斯分校法学院教授 伊丽莎白·约翰（Elizabeth Joh ）撰写了一整篇文章，历数在公共安全环境中部署机器狗可能带来的潜在危害，比如它的开放 API 几乎让任何人都可以对机器狗进行编程。马萨诸塞州警察局最后实在扛不住舆论压力，很快就在Spot的90天租期内还给了波士顿动力。第一个商业案例以失败告终。
机器人的道德准则
也是警察局的这个案例刺激了波士顿动力起草了一份道德准则。提到了7点：
1. 我们的动机是对人类和动物的好奇心和尊重。
2. 我们优先考虑人机合作中的人为因素。
3. 我们打造值得信赖的机器人。
4. 我们不会将我们的机器人武器化。
5. 我们认为机器人的使用必须遵守隐私和民权法。
6. 我们与美国联邦、州和地方政府及其盟友周到地合作。
7. 我们支持制定促进安全和负责任地使用机器人的法律法规。里面明确说到了3点：1. 不会将机器人武器化；3. 机器人的使用必须遵守隐私和民权法；3. 支持制定促进安全和负责人地使用机器人的法律法规。算是给公众吃了一颗定心丸：机器警察和机器士兵，波士顿动力应该是不会干了。
机器人舞蹈队
如果不适合军警，还有什么场景适合Spot的呢？为了缓解这次机器人警察给公司带来的负面影响，波士顿动力启动了公关，发布了一个“Do You Love Me” 机器人跳舞视频，试图给公众营造一个可爱的机器人形象。
视频很成功，确实也达到了目的。不过也给观众烙上了一个印象：这是会跳舞的机器人。在2020 年 7 月 9 日，福冈软银鹰队和乐天老鹰队的棒球比赛中，一组 Spot在看台上真的担任起拉拉队来。我们也不能排除有些财大气粗的娱乐界人士会采购Spot用来做啦啦队或者舞蹈队，这种单纯的娱乐表演，确实在很多时候会吸引一定的眼球，但到底商业价值能有多大呢？毕竟，杀鸡何须牛刀？
在商业化尝试方面，以上两个“失败”案例不合适，到底什么才是Spot不可取代的杀手级应用场景呢？那就是不适合人类的工作环境里做例行检查和应对潜在的安全隐患。
在找准需求场景后，波士顿动力终于用Spot开启了商业化成功的大门。我下面举几个典型案例：
能源公司Dominion Energy
美国佛吉尼亚州的能源公司Dominion Energy使用Spot来给他们的工厂做例行检查。如果是人在有潜在辐射的环境中检查设备，需要佩戴防辐射服，有了Spot之后，只要按下“开始”按钮，Spot就会自动完成整个环境的巡检任务。不仅可以测试辐射水平，还可以测量振动读数和温度读数，并进行污染调查。
Luossavaara-Kiirunavaara AB (LKAB) 基律纳矿井
Spot也被用在世界最大的铁矿Luossavaara-Kiirunavaara AB (LKAB) 基律纳矿井中用于安全检测。为了达到效果，Spot还配备了气体传感器和激光雷达扫描仪。矿井地形非常复杂，轮式机器人根本无法胜任，而无人机的操作时间又太短。90分钟续航的Spot完美匹配了需求。Spot通过激光雷达扫描帮助制作采矿隧道的数字孪生体或三维地图。并通过气体检测来判断矿坑中是否适合作业的空气环境。因为，不管是矿井还是隧道施工，在连续挖掘中都必然要使用到炸药。炸药爆炸后，隧道和矿井内会在一段时间内充斥一些有害气体和灰尘，作业环境非常复杂，Spot可以在每次爆炸后率先冲进去对矿井和隧道情况做第一时间的判断。
SpaceX的火箭发射台检查
埃隆·马斯克的SpaceX在其博卡奇卡星舰试验场使用了一个名为“宙斯”的 Spot，用来检查充满冷液氮发射管的发射台及其周围的“潜在危险”地点。2021年3月，SpaceX发射的SN10火箭原型在成功着陆几分钟后爆炸，“宙斯”就是最先到达事故现场进行勘查的机器人。
集群完成指定任务
就在2个月前，波士顿动力又发布了一个恭贺圣诞快乐的视频。视频里三只Spot通过巧妙的叠罗汉方式，将一个装饰物挂在了圣诞树的顶端。实话实说，对于最大负荷14公斤的Spot而言，这种叠罗汉多少有些过度使用，因为单个Spot配备机械臂的重量是40.5公斤，哪怕分担一半，叠罗汉下面的两个Spot也是在明显超负荷下工作。不过这个视频，确实开启了另外一种应用可能：就是多个Spot联合完成新的任务。那么，针对这种集群配合能力，如何开动脑洞，挖掘新的应用场景，就让我们拭目以待吧。