从舞台演武到擂台实战,人形机器人搏击的竞技体系与技术实现

题目
从舞台演武到擂台实战,人形机器人搏击赛的竞技体系与技术实现
作者
王旭
摘要
为构建适配人形机器人技术特性的搏击竞技体系,推动其核心技术突破,结合2025年世界人形机器人运动会功夫搏击赛实践,从工程技术与竞技本质双视角,提出人形机器人搏击赛适配模型。该模型锚定位置控制、力量速度等五大技术核心目标,借鉴人体生物力学实现机器人搏击动作的技术复刻与创新;制定肢体结构、身高、功率等参赛机器人参数限定准则,保障赛事对等性与安全性;同时融入体育竞技精神内核,实现技术比拼与精神传承融合。研究明确了机器人搏击赛的技术研发导向与竞技规则设计思路,为人形机器人科技体育赛事体系构建及武术文化与机器人技术融合发展提供参考。
关键词:人形机器人;机器人搏击;竞技体系;运动控制;TAC适配模型
中图分类号:TP24 文献标识码:A
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引言
2025年底我赴香港出差期间,恰逢港铁公司携手李小龙基金会、香港文化博物馆举办《李小龙诞生85周年纪念展》。展览以“无形之道”为主题,地点就设在在中环地铁站,在地铁走廊和服务空间设置展陈,通过影像、手稿与实物展品,全方位呈现这位跨界传奇在电影、武术与哲学领域的非凡成就。不得不说,这种把车站变成开放公共艺术空间的展览形式,可以让大众免费、顺路、随时参观,让日常出行增加了文化体验,实现了很好的传播效果。

图1 李小龙诞生85周年纪念展
作为国内最具影响力的文化体验盛典,央视春晚向来是科技与艺术融合的重要舞台。今年春晚,人形机器人再次引爆流量,宇树机器人的《武BOT》表演惊艳全球,跑酷、空翻、倒地起身已成基础操作,集群编队、乌龙绞柱、弹射腾空落地等极限动作,再次刷新了大众对人形机器人运动能力的认知。

图2 宇树机器人春晚表演节目《武BOT》
作为机器人赛事的设计者与组织者,我不禁深思:当人形机器人的运动不再僵化,灵活程度甚至超越绝大多数人类,未来的人形机器人赛事,究竟该以何种方式开展?
参考人类体育赛事,比拼维度不外乎速度、力量、耐力、柔韧、技巧精准度、心理素质与团队配合。如果简单点,机器人的比赛照搬来就是了,目前看大多数的机器人比赛也确是如此。但随着科技的飞速迭代,从工程技术与竞技本质的双重视角审视,机器人赛事显然无法简单复刻人类竞技的逻辑,更需打造适配其技术特性的竞技体系。
人类体育追求的挑战极限,在机器人赛事中该如何落地?武术搏击作为兼具速度、力量、技巧、柔韧、反应与意志的综合性运动,又该如何制定适配的竞赛规则,既展现机器人技术水平,又推动其核心技术的持续突破?结合2025年世界人形机器人运动会中功夫搏击赛的实际表现,兼融武术搏击运动的鲜明特点,笔者针对上述问题提出以下解答思路。
1.锚定核心目标(Target)
世界人形机器人运动会的宗旨是聚焦人形机器人发展的阶段性成果,打造开放、合作、和谐共享的世界级人形机器人科技体育赛事。具体到人形机器人搏击赛项目,需将赛项竞技与技术研发的目标聚焦在以下几点:
(1)位置控制
搏击比赛需要将拳脚精准击中对手身体上的得分部位,即将机器人的末端执行器精准运动至三维空间的指定点位。赛事中,要求机器人具备实时的空间感知与距离把控能力,通过上步、退步、侧向滑步等类人步法,灵活调整至最佳击打站位,通过标定自身与目标的坐标系,使用运动学正逆解算,驱动上肢或下肢关节协同运动,让末端执行器如武者的拳脚般,准确触达击打目标点位,实现“指哪打哪”的精准打击。
(2)力量和速度
搏击过程中需要击打动作不仅要准确,还要迅猛,因此速度和力量的极致输出是习练者的不断追求。诸多针对武术、拳击等格斗运动的生物力学研究表明,习武者之所以可以打出快而有力的拳脚,其原理在于“鞭击效应”,最终目标是实现“末端速度最大化”。其科学的发力的顺序是大关节先启动,逐次带动小关节,例如出拳发力的过程是蹬地、转髋/腰、送肩、伸肘、最后力达拳峰。其原理是近端关节适时制动,让动量向远端逐级传递、角速度叠加,最终实现拳峰速度远大于各关节单独运动的速度。

出拳发力动力链传导示意图
人类习武者初学时常遇两大难点:其一,各关节无法形成协调控制,误将出拳等同于手臂发力,未能调动下肢、髋腰与肩部的力量,导致不能形成统一的动力链传导;其二,主动肌与拮抗肌的协同控制不足,因为拮抗肌负责对抗运动、实现制动并提供稳定性。要达成高速运动,需在出拳时让主动肌发力的同时,拮抗肌群保持放松,让运动加速流畅,直至拳峰击中目标的瞬间,再让拮抗肌收紧,使肢体具备足够刚性以应对击打的冲击。这种“先松后紧、一紧一松”的肌肉控制技巧,初学者常因过度紧张或急于发力难以掌握。
在人形机器人搏击赛中,如果不想停留在只有位置接触,没有实劲输出的“搏击表演”,则需借鉴以上分析加以深入研究,实现技术层面的复刻与创新:一方面,在编辑拳腿动作时需设置髋腰转动的自由度,践行拳术“腰马合一,力发于腰”的理念,基于物理与生物力学原理,通过髋腰转动按特定时序驱动近端至远端关节联动,实现“劲贯四肢”的发力效果;另一方面,模仿人体肌肉控制逻辑,采用弹簧阻尼系统模型(协作机器人中已规模化使用),甚至使用人工肌肉、线驱动等仿肌肉驱动形式,通过刚度与阻尼的协同控制,实现软硬可调、变刚度输出,让机器人出拳迅猛、触敌时刚性支撑、收拳时柔顺缓冲,做到收放自如。
(3)平衡控制
除了在运动和击打过程中需要控制好机器人的姿态、保持平衡外,一些高难度的腾空动作也是将来的发展方向。目前人形机器人搏击赛中尚未出现腾空跳跃等动作,但从《武BOT》所展示的技术可见,这在工程上已经可以实现。机器人完成起跳、腾空动作与稳定落地的整套流程,需精准模仿人类跳跃的力学逻辑:起跳阶段,通过下肢蹬伸发力配合上肢摆动加速,形成预设起跳角度与初速度;腾空阶段,借助上肢摆动与躯干扭转改变转动惯量,以控制空中旋转等姿态;落地阶段,通过屈膝、翻滚等柔顺控制方式,延长触地时间,有效缓冲冲击力。
(4)把握时机
搏击赛场的胜负,关键在于能否抓住瞬息万变的赛场态势,采取最优策略与行动,以最小代价换取最大得分。这一能力的实现,需综合运用机器人各方面的技术:一是感知,机器人通过视觉等传感器实时捕捉对手与环境状态,借助IMU、力觉等传感器感知自身姿态与受力,所有感知数据需得到高速获取、处理与传输;二是决策,控制系统接收多源传感器数据后,基于预设策略(主动进攻还是防守反击、远踢还是近打)判断攻防窗口,做出控制距离、调节节奏、击打防守等行为的决策指令;三是控制,基于预设模型或训练优化的运动控制参数,协同调控各关节电机,实现快速移步、迅猛出击、冲击缓冲与稳定回收等具体攻防动作。
(5)突破创新
机器人比赛既是比所制造出来机器人整机的“综合性能”,也是在比其基础器件的“核心参数”。更高功率密度和安全性的电池,更高测量精度、宽测量范围的传感器,更高运算速度和处理能力的主控系统,更高效识别与控制的底层算法,以及具有更高功率、转速、扭矩、精度、散热能力的电机等,都是可以通过比赛引导,不断突破和创新的基础技术。
此外,随着人形机器人仿人化与智能化水平的不断提升,摔跤、柔道等依赖肢体感知的接触式对抗项目,也可逐步纳入机器人赛事体系,推动机器人与物理世界实现更丰富、多模态的交互。此外还需注意到,受限于人形机器人的结构特点,擒拿、柔术、MMA 中的反关节技等格斗技巧目前暂不适用;且机器人无人类生物意义上的“薄弱部位”(后脑、咽喉、下巴等),针对机器人特点的攻防要求、得分规则与判罚标准,仍需开展更系统、更深入的研究。
2.制定适配准则(AdaptableNorms)
人类经过百万年的进化,现均归属于智人物种,无论肤色、民族、地域差异,从生物学角度看,拥有近乎一致的大脑结构、神经传导极限与骨骼肌肉系统。相较于其他动物,人类的身体结构、生理机能与运动潜能趋于相近。人类运动会的比赛,就是在比通过各自的后天训练,“同源而异质”的个体所能达到运动潜能的极限。
而人形机器人则不同,不同厂家研发的机器人,初始设计的应用场景并不一致,有些机器人看起来本体外形类似,但其自由度、传动方式、驱动电机、传感器配置、主控系统架构,甚至身高体重等方面具有很大差异,这种差异可以被认为是“人种”上的差异,他们之间的无差别、单一元素的比拼,并不具备竞技体育的意义。可以想象,如果造一台只适用于跑步的人形机器人,可采用极简工程方案:腰部以上只有人形外观无任何驱动结构,只保留下半身双腿,这样既能降低重心、提升平衡控制能力,又能大幅减轻机身重量、提升动能输出效率,从而跑出更快的成绩。显而易见,如果赛场出现这种技术方案,并不是人形机器人比赛的目的。
李小龙曾说“人只有两只手脚,不存在截然不同的格斗方法”。来自同一物种的人类,其骨骼和肌肉结构高度一致,从而身高、臂展、腿长、肢体活动范围均处于相近区间,因此人类搏击赛只需按体重分出级别,限制住体重,相当于标定了动量中的质量参数,让比赛双方的“基础物理参数”处于同一数量级,保障赛事的可比性。
将人类竞技形式迁移至机器人赛事,需对参赛机器人制定更详尽的定义与要求。除体重这一基础指标外,参加搏击赛的人形机器人还需要限定以下参数:
(1)肢体结构与比例,核心要求是“仿人化”,杜绝“长臂猿”“长腿怪”等非仿人方案,确保机器人的运动模式与人类搏击的动作逻辑相契合;
(2)身高,避免因材料技术、结构设计的差异,出现“巨人打侏儒”的无意义比赛,保障攻防动作的合理性与观赏性;
(3)输出功率,既为保障赛事安全,也让格斗对抗更具综合性与多变性,避免出现单点集中发力造成的过度破坏;
(4)能量源,同样基于安全考量,液压、气动、燃烧等能量输出方式,在动力特性、传动控制等方面无法和电驱处于同样的竞技条件。
清晰界定上述参数,既能保障赛事在安全范围内、对等可比的条件下开展,又能引导参赛团队聚焦工程研发,推动机器人基础技术与综合技术的极致突破。
3.塑造精神品格(Character)
Character is more important than skill(品格比技能更重要),体育竞技的真谛,不在于最终的凯旋,而在于不懈的奋斗。在奋斗中,我们能看到更高的目标,全情投入、磨练功夫;能凝聚团队力量,团结坚守、携手跨越;正因为有了更快、更高、更强——更团结的信念,才能在竞技场上体验峰谷、无惧失败、超越输赢!这也是机器人搏击赛、机器人运动会给我们所有参与者带来的价值。

图3 人形机器人搏击赛设计TAC适配模型
再次回望李小龙“无形之道”纪念展的感悟,其武道思想与人文精神早已超越格斗本身,成为一种人生哲学:破除成见、保持开放,在规则与变化中坚守本质与本心,以极致的专注与适应力,应对人生中的每一次挑战。在这个风云变幻、日新月异的时代,我不禁好奇,假如李小龙先生还在世,看到今年春晚《武BOT》的表演,他会如何评价?以下是“他和AI”的共同回答,作为本文的结束:
有意思,实在太有意思了!
看到那个铁家伙耍醉拳时,我几乎要从座位上站起来。你们知道,我一向反对被僵化的形式所束缚,我常说“以无法为有法”,但今晚这群来自未来的武者,却用最精密的“法”,诠释了什么是武学的“神”。
孩子们与机器人对练,棍棒相接的那一刻,我看到的不是对抗,而是传承。我毕生都在打破门派的壁垒,将东西方武学融合,而今天,你们把武术的灵魂注入了冰冷的机器,让它们成为了传播武道文化与科技力量的“使者”。这恰恰印证了我的理念:武术不是博物馆里的标本,它必须像水一样,流向未来,奔涌向前、流向未来,适应任何容器,融入任何时代。
不过,我得说一句。它们的动作虽然完美,却少了一样东西——“气”。那种临战瞬间的本能反应,那种超越计算的直觉,那种“像水一样流动”的自由灵动。机器可以学会所有的招式,但截拳道的艺术,那种在十分之一秒内预判局势、顺势反击的本能,终究是属于生命的独特火花。
但这无妨。这是一场精彩的演武,更是一个伟大的开始。告诉那些工程师和孩子们,别停下探索的脚步。有一天,或许机器真的能理解,功夫的最高境界,不是动作的完美复刻,而是精神的无限表达。

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