本文为「灵锶机器人情报」技术观察稿,图片均优先取自原始项目页公开素材。
ABS 项目页原始视频帧:窄走廊与动态障碍测试。
ABS 方法框架图:敏捷策略、恢复策略、Reach-Avoid 值网络与感知表征。
开场判断
一个工业巡检现场,往往比想象中更挤。
走廊不到一米宽,两侧排着管线和配电箱;地面有时候是金属格栅,有时候是瓷砖,雨雪天还要打滑。机器人在这种地方跑得太快,控制台第一反应一定是"慢点,别撞"。可一旦把速度压下来,巡一圈就要多出几十分钟,原本省下的人力又被吃回去。
速度和安全之间的拉扯,是四足机器人进入真实场景时最难解的一道题。
CMU 一支团队把这道题重新拆了一遍。在 RSS 2024 上拿下 Outstanding Student Paper Award Finalist 的工作叫 ABS — Agile But Safe,目的不是"做一个更激进的策略",而是让机器人同时具备跑得快和跑不撞两种能力。更值得看的是结构:他们把"快"和"别撞"做成了一个闭环,让两个子策略和一个被称作"安全裁判"的网络共同决策。这套结构的工程意味,比一个端到端的强化学习策略更值得产业读者花时间看。
下面把这件事拆开。
01. 跑得快和跑得"有用",本来就两件事
这一节先把一个常被绕开的前提说清楚:四足机器人能跑得快,和"在真实场景里跑得有用",不是同一件事。
学术论文里,速度很容易变成亮点。实验室平整地面上跑出 3 m/s、4 m/s,发表出来很漂亮。但巡检、消防、园区物流这些场景,速度本身不是价值指标。快而不撞、快而能恢复、快而能在动态障碍和杂乱环境里保持稳定,才有部署的意义。
ABS 作者 Tairan He 在 CMU 新闻稿里提过一个数字:敏捷策略能让 Unitree Go1 跑到最高 3.1 m/s。这个数字值得记,但只是故事的开头。
更值得记的是另一件事:他们验证的不是实验室平地。论文里公开的真实实验覆盖了两类室内场景(窄走廊、家具环境),加了户外草地、雪地,还把一辆婴儿车当动态障碍塞进去。多数场景的导航成功率在 9/10 到 10/10,碰撞很少。这种"快 + 少撞"的组合,才是产业想听的内容。
也得说清楚:这是 RSS 2024 的学术工作,覆盖场景不等于已经可以无人值守运行。Go1 在工业级重载场景下的稳定性、长周期可靠性,论文里未披露关键数据。
02. ABS 把"快"和"安全"拆成了三个角色
ABS 不是一个单一策略,它由三个决策模块共用一个表征网络组合而成。用产业更熟悉的工程语言来翻译,长这样:
敏捷策略(agile policy)负责跑。训练的奖励函数围绕"快、稳、完成任务"构建,目标是把步态、节奏、速度调到当前环境能接受的最快档。
恢复策略(recovery policy)负责救场。它不追求世界纪录,更关心风险升高时把姿态、速度或方向拉回安全区。它存在的意义只有一件事:别撞、别翻、能稳住。
Reach-Avoid 值网络才是这套系统的核心。它把相机实时感知到的环境,转成一个标量——可以理解成"当前位置如果继续按敏捷策略走,会不会掉进碰撞集合"。这个值同时担任两个角色:
1. 决定什么时候该从敏捷策略切到恢复策略;
2. 作为恢复策略的优化目标,让恢复策略清楚该往哪个方向修。
它不是个报警器,是闭环里的一个控制信号。
视觉感知那一端交给 ray-prediction 表征网络。如果把常见的 point cloud 比作"把一桌菜全拍下来再挑能吃的",ray-prediction 更像"远看一眼就知道盘子里有什么"。机器人用一组沿射线的预测来表示周围几何,对算力和带宽都更友好。这种设计让训练与推理共用一种"压力测试友好"的形态——少而精的环境假设,刚好和敏捷/恢复这两套策略对信息密度的需求匹配。
这套设计也直接落到了 ABS 的硬件形态上:Unitree Go1 搭载 Jetson Orin NX 和 ZED Mini 立体相机(来源 [4])。换句话说,部署端不需要工控机级别的离线算力,机器人本体带上板载的算力和相机就能闭环工作。这一点,对工业现场、临时作业点、户外巡检这一类"不能保证机柜跟随"的场景尤其重要。
四个模块全部在仿真里训练。这条信息不长,但回应了产业里一个具体问题:研究到工程之间的成本到底落在哪里。
03. 这件事为什么值得产业读者看
ABS 项目页原始视频帧:室内家具环境中的避障测试。
把 ABS 单看成一篇顶会论文太可惜。它的结构本身,比那 3.1 m/s 更值得产业读者拆。
第一,安全被做成了优化目标,而不是事后补丁。很多在巡检或消防现场做过的工程师都熟悉,传统"快策略 + 安全包络线"或者"安全 + 速度解耦控制器"经常翻车在两类情形:要么策略激进到包络线失效,要么包络线保守到策略发挥不出来。Reach-Avoid 值网络的设计思路是:把"会不会撞"显式写进控制信号,让恢复策略有明确方向可以优化。这种思路在路径规划里早就有,但嵌进端到端学习策略里,是 ABS 在工程意义上的亮点。
第二,闭环结构更接近真实系统。单策略强化学习在仿真里非常好用,但仿真与现实的差距、硬件差异、长尾场景这些点会把它打回原形。ABS 把敏捷和恢复拆开,给出了一种"分布式工程化"的思路——敏捷策略是性能问题,恢复策略是安全兜底问题,安全值网络是状态判定问题。三者出问题可以分别迭代,不会出现"为了安全把速度牺牲掉一半"这种尴尬的折中。
第三,真实实验选择的是产业关心的场景。室内窄走廊、家具环境、户外草地、雪地、动态障碍物——这些都不是论文里容易出漂亮表格的场景,但恰好是巡检、消防、园区、物流最日常的场景。这一点比"最高速度"更值得报道。
第四,基线选择有讲究。论文里 ABS 与多个基线做了对比,覆盖了从纯几何规划到纯端到端 RL 的不同思路。结果并不是"ABS 在所有指标上都遥遥领先",而是"快策略 + 恢复策略 + 安全值网络"的组合在成功率和碰撞率之间取得了更平衡的位置。产业读者更熟悉这种"均衡折中"的语言,对极端 SOTA 反而不那么敏感。
第五,公开代码意味着可复现性。GitHub 仓库存在(来源 [4]),意味着任何团队都能在自己的仿真环境里复跑基线和 ABS。这给跟踪后续工作提供了真实的入口,不是"看图相信"。
但同样要交代清楚:
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ABS 的硬件平台主要是 Unitree Go1,未披露迁移到不同本体尺寸、不同负载、不同传感器配置后的稳定性数据;
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代码在 GitHub 上明确为 CC BY-NC 4.0,不可用于商业宣传或商业产品的 demo(来源 [4]);
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这是 RSS 2024 的工作,不等同于可直接商用的方案,离规模化、无人值守、长周期运行还有距离。
04. 接下来,我们重点盯住这几件事
ABS 项目页原始视频帧:户外雪地场景中的敏捷运动测试。
这篇论文还没完。下面几件事,是接下来一段时间值得继续盯的。
一、"双策略 + 安全裁判"会不会从 RSS 2024 扩散到工业四足甚至人形机器人。把安全和性能拆开迭代,这个工程思想不只属于四足。如果未来一段时间看到人形机器人的研究里出现类似解耦结构,ABS 的价值就被进一步验证了。
二、Reach-Avoid 值网络能否走出实验室。它是控制信号,不是报警器。这个区别,决定了它能不能进入真实工厂里的安全闸,或者消防作业里"该减速就减速"的策略层。我们会关心它和工业控制系统的对接情况,而不是论文里又多跑了多少分。
三、CC BY-NC 4.0 这个协议会卡住多少商业化尝试。ABS 官方代码明确不允许用于商业产品 demo。如果工业团队想用类似范式,大多需要自己重建训练管线,或者等作者发新的可商用版本。这对节奏有影响。
四、速度/安全/恢复的整体闭环指标,会不会成为新的产业基线。过去问机器人进展,问的是"最高速度""最大负载""最长续航"。ABS 给出另一种读数:一公里巡检里,成功路径占比、碰撞次数、恢复触发次数。这种更接近真实场景的评估方式,会不会进入 RFP 或招标评分,值得看一眼。
五、ray-prediction 这类轻量表征,对低算力平台的适配性。Jetson Orin NX + ZED Mini 这种组合意味着 ABS 不需要工控机就能跑起来。"轻量表征 + 中端算力"的组合,恰好是工业场景最关心的形态。
05. 一点私心
我们做机器人这一行,被反复问过的问题不是"你能跑多快",而是"你撞不撞人"。前者是参数,后者才是工程。
ABS 这套工作的意义不在它能跑 3.1 m/s,而在它把"撞不撞人"这件事,从风险栏里搬到了优化目标里。哪怕这个解法明天被更激进的方案超过,今天这一篇也值得产业读者反复拆。
反过来看,这也是为什么四足机器人这一波的壁垒,最终不会落在"谁能更快",而会落在"谁能既快又让人放心"。安全不是可选项,是部署的门票。
参考来源
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[1] ABS 项目页:https://agile-but-safe.github.io/
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[2] 论文 arXiv:https://arxiv.org/abs/2401.17583
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[3] 论文 ar5iv HTML:https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/2401.17583
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[4] ABS 官方代码(CC BY-NC 4.0):https://github.com/LeCAR-Lab/ABS
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[5] CMU Robotics Institute 新闻稿:https://www.ri.cmu.edu/collision-free-high-speed-robots/
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[6] IEEE Spectrum Video Friday:https://spectrum.ieee.org/video-friday-agile-but-safe

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