隨著科技的快速發展，人類正在被先進的機器所替代，就像最近網站上發佈的視頻那樣，視頻中，十隻spotmini依次排列，整齊劃一的步伐開始了“狗生”的縴夫生活。看著他們一步一步拉動卡車前進，令人十分驚歎！那麼
波士頓動力公司到底是一傢什麼樣的公司呢？該公司主要做哪些產品呢？帶著這些疑問，讓我們一起來了解下這家公司吧。
波士頓動力公司（英語：Boston Dynamics）是一家美國的工程與機器人設計公司，此公司的著名產品包含在國防高等研究計劃署（DARPA）出資下替美國軍方開發的四足機器人：波士頓機械狗，以及DI-Guy，一套用於寫實人類模擬的現成軟件（COTS）。此公司早期曾和美國系統公司一同接受來自美國海軍航空作戰中心訓練處（NAWCTSD）的一份合約，該合約的內容是要以DI-Guy人物的互動式3D電腦模擬，取代海軍飛機彈射任務訓練影片。
該公司由Marc Raibert和其合夥人一起創辦。Marc Raibert是著名的機器人學家。其28歲畢業於MIT，隨後在CMU擔任過副教授，並且在那裡建立了CMUleg實驗室研究與機器人有關的控制和視覺處理相關的技術。在37歲時回到MIT的繼續從事機器人相關的科研和教學工作。在1992年，其與合夥人一起創辦了Boston Dynamics這家公司，開啟了機器人研究的新紀元。
在2013年12月13日，波士頓動力公司被Google收購。2017年6月9日軟銀以不公開的條款收購谷歌母公司Alphabet旗下的波士頓動力公司。我們一起來回顧一下波士頓動力的機器人項目吧。
據筆者所知，波士頓動力旗下有不少產品線，包括 4 足的 Spot、SpotMini機器人、Atlas 雙足機器人、在倉庫搬貨的 Handle 兩輪機器人，其他還有 4 輪機器人 SandFlea、機器手臂 Pick 等。以下是幾款機器人的例子。
BigDog
波士頓機械狗（Boston Dynamics BigDog）是一種動力平衡四足機器人，由波士頓動力公司、福斯特-米勒公司、噴氣推進實驗室，以及哈福大學康德菲爾德研究站共同於2005年研發。
該項目是由美國國防高等研究計劃署出資資助。希望研製一種能夠負重的機械騾，能夠和士兵一起在傳統機械車輛無法行駛的粗糙地形上作戰。
它沒有車輪或者履帶，而是採用四條機械腿來運動。機械腿上面有各種傳感器，包括關節位置和接觸地面的部位。它還有一個激光迴轉儀，以及一套立體視覺系統。
機械狗有一米長，0.7米高，75千克重，幾乎相當於一頭小騾子的體積。目前能夠以每小時5.3公里的速度穿越粗糙地形，並且負載154千克的重量。它能夠爬行35度的斜坡。
其運動是由裝載在機身上的計算機控制的。這臺計算機能夠接收機器上各種傳感器傳達的信號。導航和平衡也由這個控制系統控制。
2008年3月18日，波士頓動力公司釋放了一段關於新一代的機械狗的錄像，在這個錄像當中，機械狗能夠穿越結冰地面，並且能夠在被側踹之後恢復平衡。
Atlas
Atlas機器人（英語：Atlas（robot））是一個雙足人形機器人，由美國波士頓動力公司為主開發，和由美國國防部國防高等研究計劃署（DARPA）的資助和監督。這個身高6-英尺（1.8-米） 的機器人是專為各種搜索及拯救任務而設計，並在2013年7月11日向公眾亮相。
新版本Atlas機器人
新版本Atlas機器人
2016年2月23日，波士頓動力公司在YouTube上發佈了一個新版本Atlas機器人的視頻。 新版本的Atlas設計用於在戶外和建築物內部操作。 它專門用於移動操縱，非常擅長在廣泛的地形上行走，包括雪地。 它是電動和液壓驅動。它使用身體和腿部的傳感器進行平衡，並在其頭部使用光學雷達和立體傳感器，以避免障礙物，評估地形，幫助導航和操縱對象，即使對象被移動。 這個版本的Atlas機器人是大約175cm（5英尺9英寸）高（大約比DRC Atlas矮一個頭），重量為180磅（82千克）。
經過一年年的技術迭代，波士頓動力的四足機器人不在僅僅是應對軍方的大狗機器人，而越來越變得小巧靈活，適應力極強。
為了探索其背後的技術路線，我們對波士頓動力申請的專利進行了檢索分析：
波士頓專利佈局情況
對小波的主要申請人BostonDynamics進行檢索，檢索截止日期為2019年1月，其中涉及機器人的專利文獻共有72篇，對其進行簡單統計，可以得到如下結果：
波士頓動力的專利申請態勢圖
可以看出：從2001~2011年，波士頓共申請了4件有關足式機器人的專利，這十年是足式機器人技術的探索階段，即專利佈局的早期階段；從2014年開始，波士頓動力在足式機器人的不同技術維度開始進行專利佈局，直至2017年都保持了較高的申請量，這期間不斷推出了足式機器人的改進版，於2016-2017年推出的SpotMini是更新換代的產品（爬樓梯的SpotMini），為其商業化應用奠定了基礎。
如下圖所示，通過對上述72篇專利進行分類標引，波士頓動力四足機器人的技術領域主要涉及液壓驅動和電液混合驅動，上述技術保證了機器人具有較強的運動能力，而步態規劃、平衡控制、複雜地形動態規劃以及自我回正屬於機器人的運動控制，同時也是波士頓的核心技術，上述技術使機器人更好的適應環境，維持動態平衡，實現智能移動。
波士頓動力的專利技術分佈圖
下圖為波士頓動力足式機器人專利技術路線圖。
波士頓四足機器人技術路線圖
1、波士頓動力早期專利
通過分析波士頓動力的專利申請趨勢可發現，波士頓動力雖然成立於1992年，然而早期的專利申請多是關於離合器、軸承、醫療器械等，直至2001年9月21日才與SONY公司聯合申請一種仿生寵物狗機器人專利（US6484068B1），該專利主要解決的是寵物狗機器人的跳躍控制。
專利中將跳躍劃分為兩個控制階段，第一階段控制機器人的四個腳同時跳離地面，第二階段控制前腿先落地後腿後落地，通過改變腿的落地角度和延遲角度實現落地。
而在2004年6月9日波士頓動力獨立申請了一份可以行走或爬行的多足機器人的專利US20050275367A1，設置在機身上的12個電機通過錐齒輪機構驅動六個腿的運動，如下圖所示。通過這種錐齒輪機構還可實現機器人身體高度的調整。
經過了前期在多足機器人領域的探索，波士頓動力在多足機器人的發展上持續改進，並將其成果進行專利佈局。
2、四足機器人動力系統分析
動力問題是機器人的核心問題，關係著機器人能否動起來，工作時間的長短。波士頓動力早期的機器人主要是電機通過齒輪驅動連桿機構，對於沒有載荷要求的機器人而言是足夠的，對如Bigdog這類以內燃機為動力且需搭載較大負荷的機器人則顯得力不從心，為此，波士頓動力在液壓驅動方面佈局了較多專利，如下圖的液壓控制技術發展路線。
波士頓動力液壓控制發展路線圖
BigDog系統能耗高的問題突出，能量的多次轉換、多環節傳遞造成了大能量損失，如下圖所示為足式機器人在前行中理想的足部軌跡，腿部的運動是通過液壓系統實現，在理想軌跡下機器人可降低液壓驅動能耗。
足式機器人在不同場合需要不同的功率供給，具有不同功率模式切換是降低功耗的重要手段，為此，波士頓動力在2008年10月14日提交的專利US20100090638A1中通過傳感器檢測力，控制器控制閥適時進行開關動作，實現按需高功率或者低功率模式。在此基礎上，波士頓動力在2011年5月18日提交的專利申請US20120291873A1中公開了一種具有高壓油路，中壓油路和低壓返回油路的液壓系統。
為了提高機器人運行的效率、減小功率消耗以及提高運動的穩健性，波士頓動力在2014年8月1日提交的專利US20160023647A1中通過判斷關節承受的載荷類型和大小，以選擇適當的液壓或電動致動器，使得機器人的功率消耗最低。如下圖所示，機器人根據不同的負載選擇不同的驅動方式組合。
比外，波士頓動力還在提高液壓系統的穩定供壓、通過不同壓力組合、分階段供壓、提高液壓部件損壞工作壽命、提高閥的響應速度等方面均進行了專利佈局。以上這些專利中的技術均用於保證液壓系統高效和可靠工作。
3、四足機器人步態分析
在解決了動力方面的問題後，還需解決機器人如何動的問題。四足機器人在行進時不同的時間段需要不同的行進速度，而不同的行進速度對應不同的步態，四足機器人的步態包括Walk（慢走）、Trot（小跑）、Bounding（跳躍）、Gallop（飛奔）。
通過檢索，波士頓動力在步態轉換方面先後申請了6件專利，其技術發展主要涉及如何實現不同步態、制定步態轉換準則、制定步態列表等。
波士頓動力在2014年12月17日申請且已授權的專利US9395726B1中公開了機器人通過控制俯仰角、高度、速度以及其產生的力實現不同的步態。
本月的7號，波士頓動力進行了一筆收購交易，這也是該公司歷史上的第一筆收購交易。它收購了總部位於加州門洛帕克（Menlo Park）的 Systems，該公司利用視覺傳感器和深度學習軟件幫助機器人操縱箱子。此次收購沒有披露財務細節。目前該公司已將其技術運用在Handle機器人上，波士頓動力未來也會希望銷售這個產品。
仿生機器人的難點就在於運動穩定性的控制，但是這個難點在波士頓這裡反倒成了他們最為突出的優勢，反觀國內，在這個領域與波士頓動力的差距可不是一星半點。要趕上波士頓動力的步伐，還需要走很長的路。也期待國內的科研工作者們為我們帶來更為創新的技術！
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