Boston Dynamics 机器人平台谱系
引言
从 1986 年 MIT Leg Laboratory 的单腿跳跃机开始，Boston Dynamics 先后推出了 BigDog、LS3、Cheetah、Atlas、SpotMini、Handle、Spot 与 Stretch 等一系列平台。这些机器人并非孤立的产品，而是同一套动态平衡与力控技术在不同形态与场景上的延伸：早期的液压四足验证了野外负重行走，Handle 探索了轮腿混合，Stretch 则把技术收敛到单一高价值的仓储卸货任务上。本页面按平台梳理这条演进脉络及各代硬件的具体变化。
Atlas 完整历史
DRC 竞赛背景（2012—2015）
Atlas 的诞生直接源于 DARPA 机器人挑战赛（DARPA Robotics Challenge，DRC）。2011 年福岛核事故暴露出人类在极端灾害环境中操作能力的严重局限，DARPA 随即于 2012 年启动 DRC 项目，目标是推动能在人类工作环境中执行灾害响应任务的双足机器人研发。
DRC 竞赛要求参赛机器人完成以下八类任务：
- 驾驶车辆行驶特定路线
- 出车门并在崎岖地形行走
- 清除道路障碍物
- 攀爬梯子
- 使用电动工具在混凝土墙上开孔
- 关闭工业阀门
- 连接消防水管接头
- 意外任务（仅在决赛公布）
DARPA 为多支参赛队伍提供了 Atlas 机器人硬件平台，波士顿动力作为 Atlas 供应商参与其中，同时也直接资助了若干顶级参赛团队。2015 年 DRC 决赛中，来自韩国的 KAIST 队以机器人 DRC-HUBO 获得冠军，波士顿动力的内部团队亦参与了竞赛并取得成绩。
Atlas 各代技术演进
初代 Atlas（2013）
初代 Atlas 于 2013 年 7 月公开发布，作为 DRC 硬件平台。机体采用全液压驱动，高约 1.88 米，重约 150 公斤，拥有 28 个液压驱动自由度。机体内部搭载 Atlas 专用的机载计算机，通过脐带缆（Tether）连接外部电源和计算资源，行动自由度受限。
Atlas 无线版（2016）
2016 年发布的 Atlas 大幅精简了结构，去除了脐带缆，改为机载电池供电，高度缩小至约 1.75 米，重量降至约 82 公斤。这一版本首次展示了在户外雪地中稳健行走、被人推搡后快速恢复平衡，以及从地面捡起箱子等能力，标志着 Atlas 从"研究样机"向"通用平台"迈进。
跑酷 Atlas（2017—2022）
2017 年，Atlas 成功完成后空翻（Backflip），成为史上最广为人知的机器人演示之一。该视频在 YouTube 上获得数亿次播放。2018 年，Atlas 展示了连续奔跑越野和跳跃平台的能力。2019 年，Atlas 完成多步骤跑酷路线，包括跳过障碍、攀上台阶并以体操动作收尾。2021 年，一段名为"Do You Love Me?"的视频展示了 Atlas 随音乐起舞的完整舞步，展现了其运动控制的流畅程度。2022 年，Atlas 展示了在建筑工地场景中与人类协作搬运物品、攀爬脚手架的能力。
新一代电动 Atlas（2024）
2024 年，波士顿动力宣布液压版 Atlas 退役，同时发布全新电动版 Atlas。新 Atlas 采用电驱动关节，取消了液压系统，具备比液压版更大的关节活动范围（部分关节可超过 180°），噪声更低，维护更简便。新 Atlas 采用更接近人类的比例设计，面向实际工业应用场景，而非单纯的演示。现代汽车集团工厂被确定为首批实际部署场景之一。
Atlas 主要技术参数（当前版本）
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 身高 | 约 1.5 米 |
| 体重 | 约 89 公斤（液压版） |
| 自由度 | 28 个（液压版） |
| 驱动方式 | 电驱动（新版）/ 液压驱动（旧版） |
| 传感器 | LiDAR、立体视觉相机、IMU |
| 动力源 | 机载电池 |
| 操作臂负载 | 约 11 公斤（单臂） |
SpotMini 与早期重要平台
SpotMini（2016）
SpotMini 于 2016 年发布，是 Spot 的早期原型和电动化实验平台。与采用液压驱动的早期四足机器人不同，SpotMini 完全依靠电动执行器驱动，因而噪声极小，能够在室内环境中安静运行。
SpotMini 拥有 17 个自由度，机体重约 25 公斤（不含操作臂），可选配一条 5 自由度的操作臂。操作臂末端的吸盘式抓手使其能够拾取物品、开门乃至将自身从倾倒状态恢复站立。2018 年发布的视频中，SpotMini 成功操纵门把手为同伴开门，这一场景成为当年广为流传的机器人技术展示之一。
SpotMini 是从实验室研究机器人走向商业产品的关键过渡平台，其电驱动架构和感知系统设计直接演化为后来正式商业化的 Spot。
LS3（Legged Squad Support System，2012）
LS3 是波士顿动力为美国海军陆战队和陆军研发的军用四足运输机器人，由 DARPA 和美国海军陆战队联合资助。LS3 的设计目标是作为"机器骡子"（Robot Pack Mule），随士兵在复杂地形中行进，携带重达 180 公斤的装备补给。
LS3 体型远大于 BigDog，能够自主跟随士兵行进，通过视觉系统识别并跟踪指定人员，无需人工遥控操作。LS3 在多次军事演习中进行了野外测试，证明了其在非结构化地形中的负载能力。该项目最终因噪声过大（液压动力系统发出显著噪声会暴露军队位置）以及军方对该类装备需求的调整而未能进入批量采购阶段。
Cheetah（2012）与 WildCat（2013）
2012 年，波士顿动力的实验性四足奔跑机器人 Cheetah 在跑步机测试中达到了 每小时 29 公里（约 8 米/秒）的奔跑速度，打破了当时有腿机器人的世界速度纪录，超过了猎豹以外大多数陆地动物的奔跑速度。Cheetah 采用柔性脊柱设计，通过脊柱弯曲伸展协调四肢运动，模拟猫科动物的奔跑机理。
2013 年，在 Cheetah 基础上发展的无绳版本 WildCat 发布，能够在无外部供电的情况下自主奔跑，最高速度约 25 公里/小时。WildCat 和 Cheetah 的研究成果深刻影响了后来 Spot 和 SpotMini 的步态控制算法设计。
BigDog（2005）与 LittleDog（2010）
BigDog 是波士顿动力最早引起广泛关注的四足机器人，由 DARPA 资助，设计为军用地形行进平台。BigDog 长约 0.91 米，高 0.76 米，重约 110 公斤，采用汽油发动机驱动液压系统，能够以每小时 6.4 公里的速度行走，可携带约 150 公斤负载穿越泥地、雪地、斜坡等复杂地形，在受到踹踢干扰时能够快速恢复平衡，其恢复平衡的视频是早期网络上传播最广的机器人视频之一。
LittleDog 是 BigDog 的缩小版研究平台，于 2010 年前后面向学术界发布，主要用于步态规划和足式运动控制算法的研究。多所顶级大学（包括 MIT、斯坦福、CMU 等）使用 LittleDog 平台开展了大量关于腿式机器人的基础研究工作。
Handle 机器人
设计理念：轮腿融合
Handle 于 2017 年发布，代表了波士顿动力在运动架构上的一次大胆探索——将腿式运动的地形适应能力与轮式移动的高效率相结合。Handle 采用双足轮腿混合结构：拥有两条多关节腿（每腿末端安装轮子），上身配有操作臂，整体高约 2 米。
腿式机器人与轮式机器人的传统权衡如下：
| 特性 | 纯腿式 | 纯轮式 | Handle（轮腿混合） |
|---|---|---|---|
| 光滑地面效率 | 低 | 高 | 高 |
| 越障能力 | 强 | 弱 | 中强 |
| 机构复杂度 | 高 | 低 | 中 |
| 能量效率 | 低 | 高 | 中高 |
| 最高速度 | 低 | 高 | 高 |
Handle 能够以最高 14.5 公里/小时的速度移动，垂直跳跃高度达 1.2 米，可在保持平衡的同时搬运 15 公斤的物体。
仓储物流应用
Handle 的商业版本专注于仓储物流场景，特别是货箱码垛与拆垛（Palletizing / Depalletizing）任务。其操作臂末端配备了真空吸盘系统，可抓取多种规格的纸箱。Handle 能够在仓库地面高速滑行，精确接近货架或托盘，完成货箱的码放和转移。
与 Spot 相比，Handle 的优势在于高度灵活的移动性和对特定物流任务的针对性优化；与固定式机械臂相比，Handle 的优势在于无需固定工位，可在整个仓库空间自由移动。
Stretch 仓储机器人
产品定位与设计
Stretch 于 2021 年发布，是波士顿动力首款真正意义上面向仓储物流市场的量产商用机器人。与 Handle 的轮腿混合架构不同，Stretch 采用更为简洁的设计：以轮式移动底座为基础，搭配一根高自由度的七轴机械臂，臂端配备模块化真空吸盘抓手系统（可适配不同尺寸的纸箱），机体四周安装多组深度相机和机器视觉系统用于货物识别与定位。
Stretch 的核心设计哲学是任务专一性（Task Specificity）：不追求通用操作能力，而是将货箱搬运这一特定任务做到极致效率。这使得 Stretch 在机构设计、感知算法和控制软件上均可针对性地深度优化。
技术规格
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 移动底座 | 全向轮式底盘 |
| 机械臂 | 7 自由度，最大伸展长度约 1.7 米 |
| 末端抓手 | 真空吸盘阵列，兼容多尺寸纸箱 |
| 处理速度 | 800+ 箱/小时（官方标称） |
| 负载能力 | 单次抓取最大约 23 公斤 |
| 传感器 | 多组 RGB-D 相机、机器视觉系统 |
| 运行班次 | 设计支持多班次持续运行 |
典型应用场景
Stretch 主要部署于以下三类场景：
- 卡车卸货（Truck Unloading）：Stretch 可进入集装箱或货车内部，将堆叠的货箱逐一取出并放置在传送带上，替代人工完成劳动强度最高的卸货环节。
- 仓库内部转运：在仓库内部各区域之间搬运货箱，配合仓库管理系统（WMS）执行调度指令。
- 货架补货与拆垛：从托盘上取箱、将货物分拣至指定位置。
商业客户与市场表现
Stretch 已与多家大型物流企业和零售商签署商业部署协议。DHL 是 Stretch 最具代表性的早期商业客户之一，双方于 2021 年宣布合作，计划在 DHL 的仓储网络中规模化部署 Stretch，以应对仓储劳动力短缺和旺季用工峰值压力。
Stretch 与 Spot 在仓储场景中形成互补：Stretch 负责货箱的搬运和码垛，Spot 则承担仓库设施的例行巡检（如检测管道泄漏、监控仓库安全状态），两者协同构成波士顿动力的仓储解决方案组合。
Spot 各代硬件演进
Spot 1.0（2019）
首代商业版 Spot 于 2019 年 9 月正式对外销售，是波士顿动力从纯研究机构迈向商业化的历史节点。Spot 1.0 的机体主要材料为铝合金和碳纤维复合材料，采用全电动执行器驱动，12 个关节电机分布在四条腿上，每腿三个自由度（髋关节内外摆、髋关节前后摆、膝关节屈伸）。
Spot 1.0 搭载前后各一组立体相机和鱼眼相机，提供 360° 感知覆盖，支持自主避障和地形自适应行走。机载计算平台运行波士顿动力自研的运动控制软件栈，包括步态调度、地形估计、实时平衡控制等模块。
Spot 2.0（2021）
Spot 2.0 随 Spot Arm 同步发布，在硬件上进行了若干重要升级：
- 关节执行器升级：扭矩输出和散热能力提升，支持操作臂持续工作时的额外电功耗
- 机载计算升级：计算平台算力提升，支持更复杂的感知与导航算法
- Spot Arm 接口：机体前端新增专用操作臂机械接口和电气接口，支持 Spot Arm 模块热插拔
- 有效载荷系统完善：顶部载荷接口标准化，支持 14 公斤第三方载荷集成
- 软件升级：引入 Autowalk 自主任务录制与重放功能，操作者只需手动驾驶一次巡检路线，Spot 即可自主重复执行
Spot 3.0（2023）
Spot 3.0 是迄今为止性能最强的 Spot 版本，主要改进包括：
- 新增手臂感知：操作臂末端集成深度相机，支持视觉引导的精确抓取（Visual Grasping）
- 语义感知升级：机体感知系统引入深度学习语义分割能力，可识别门、阀门、仪表等特定对象，支持更高级别的自主任务
- Scout 平台深度集成：机队管理和任务调度能力大幅提升，支持多 Spot 协作巡检
- 新增 Spot CAM+IR：可选红外热成像载荷，扩展热异常检测能力
- API 扩展：新增 Graph Nav 地图管理 API、Spot Check 自检 API，降低部署和维护成本
Spot 各版本规格对比
| 规格 | Spot 1.0（2019） | Spot 2.0（2021） | Spot 3.0（2023） |
|---|---|---|---|
| 整机重量 | 约 32 公斤 | 约 32 公斤 | 约 32 公斤 |
| 最大有效载荷 | 14 公斤 | 14 公斤 | 14 公斤 |
| 续航时间 | 约 90 分钟 | 约 90 分钟 | 约 90 分钟 |
| 最大速度 | 1.6 m/s | 1.6 m/s | 1.6 m/s |
| Spot Arm 支持 | 否 | 是 | 是（升级版） |
| 语义感知 | 基础 | 基础 | 深度学习增强 |
| SDK 版本 | 2.x | 3.x | 4.x |
| 防护等级 | IP54 | IP54 | IP54 |
参考资料
- Boston Dynamics 官方网站与产品资料. https://bostondynamics.com/
- M. Raibert, K. Blankespoor, G. Nelson, and R. Playter, "BigDog, the Rough-Terrain Quadruped Robot," IFAC Proceedings Volumes, vol. 41, no. 2, pp. 10822-10825, 2008.
- Boston Dynamics 总览
- Spot 商业应用与驱动路线
- Atlas
- Spot