例如需要在白墻上用釘子掛上一幅畫，人會(huì)首先朝著墻體握住釘子，手拿起錘子或者其它工具，先重敲幾下，讓釘子前端先破壁進(jìn)入墻體的1/3，而后繼續(xù)輕輕敲擊幾下，讓釘子恰好2/3嵌入墻體，這樣畫就能夠合適掛上，整個(gè)過程1分鐘內(nèi)搞定。

如果沒有控制好“力道”，不小心用力過猛，釘子全部懟進(jìn)墻體就會(huì)非常尷尬。

看似很簡(jiǎn)單的動(dòng)作，機(jī)器人發(fā)展至今，卻依然很難又快又好“收放”自己的力道，懟進(jìn)墻體是機(jī)器人“敲釘子”動(dòng)作的常態(tài)。

這種即使加入傳感器也不夠柔性容易出現(xiàn)損壞的動(dòng)作，制約了機(jī)器人高效開拓許多場(chǎng)景。例如家具、高精密金屬打磨、醫(yī)療服務(wù)、電子裝配等。

能否解決這個(gè)問題，就成為了中國(guó)機(jī)器人能打開更大市場(chǎng)可能性的一種前沿技術(shù)方向。在國(guó)內(nèi)力觸覺領(lǐng)域的領(lǐng)軍專家宋愛國(guó)教授的指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)一家叫增廣智能的企業(yè)已經(jīng)深入探索并取得了研究的初步進(jìn)展。

▍難點(diǎn)到底在哪？

這個(gè)試驗(yàn)展現(xiàn)出的許多特性，在科研上，本身很多都是矛盾的東西。

例如機(jī)器人或者是機(jī)械臂無(wú)法很好完成，人手卻可以輕易完成“敲釘子”這個(gè)細(xì)微動(dòng)作，原因其實(shí)就是受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)特性。

一般而言，機(jī)械臂由電機(jī)+減速器+連桿組成，從機(jī)械原理上而言，動(dòng)作解構(gòu)并規(guī)劃到已知位姿需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，從而得到電機(jī)角度來(lái)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)高精度還原和實(shí)現(xiàn)。

這就使得機(jī)器人的執(zhí)行，受到伺服性能、編碼器分辨率、電機(jī)摩擦、關(guān)節(jié)耦合等動(dòng)力學(xué)干擾以及減速器摩擦、減速箱背隙等結(jié)構(gòu)干擾問題影響。用錘子去敲釘子，是很大力量進(jìn)行微小力控的代表案例，對(duì)于傳動(dòng)結(jié)構(gòu)摩擦力有非常高的要求。

更通俗來(lái)說，市面常見的力控機(jī)器人，或者說對(duì)一些傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)而言，大多只能做到瞬時(shí)力量輸出，很難及時(shí)控制和調(diào)整力道，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)作。

再深層次而言，用錘子去敲東西，這種瞬時(shí)大力的方法，要求機(jī)械的瞬時(shí)反應(yīng)，要在突然的情況下發(fā)生快速突變。這不僅要求瞬時(shí)輸出扭矩能夠快速調(diào)整，還要求機(jī)械結(jié)構(gòu)能及時(shí)傳輸和響應(yīng)這種信號(hào)，對(duì)于帶寬、結(jié)構(gòu)和本體剛性都有太多要求，非常容易造成傳感器、減速器損壞。

由于帶寬是不可能做到無(wú)限高，計(jì)算器件和各方面?zhèn)鞲衅黜憫?yīng)速度也存在一定物理上限，導(dǎo)致最終機(jī)器人的即時(shí)響應(yīng)能力也存在上限。例如協(xié)作式機(jī)器人或者說力控機(jī)器人帶寬，為了保證正常運(yùn)行，力的計(jì)算頻率一般都會(huì)控制在4K-8K。

而人手幾乎沒有帶寬可言，不僅很容易能夠完成拿著錘子去敲釘子這一動(dòng)作，也可以用很輕的力量去撫摸一顆釘子的頭。因?yàn)槿耸挚梢造`敏感受物體表面并判斷、控制所需力量大小，這使得無(wú)論是表面識(shí)別還是響應(yīng)和輸出力的速度，人手都有非常大的動(dòng)態(tài)范圍。

機(jī)器人能像人一樣剛?cè)岵?jì)，這是很多機(jī)器人企業(yè)一直治理與實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，但由于機(jī)械結(jié)構(gòu)難以克服力的磨損消除，導(dǎo)致“高速與大力”、“小力與大力”這種看似簡(jiǎn)單其實(shí)內(nèi)核復(fù)雜與矛盾的特性，將近100多年從未曾出現(xiàn)在機(jī)器人上。

▍創(chuàng)新的開始

在這種認(rèn)識(shí)下，我們?cè)偃タ丛鰪V智能本次推出的柔性仿人執(zhí)行器，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中一些不可思議的創(chuàng)新點(diǎn)。

首先，從這個(gè)視頻里可以看到，所有的動(dòng)作沒有通過力傳感器去實(shí)現(xiàn)，而是一個(gè)開環(huán)的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)演示。

人輕輕推動(dòng)這個(gè)執(zhí)行器連桿，甚至只需要吹一口氣，都能將其推動(dòng)。

這意味著該執(zhí)行器的摩擦力能做到近乎于零，從而能夠?qū)崿F(xiàn)類似高柔順性，而阻尼也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控，展現(xiàn)了這個(gè)柔性仿人執(zhí)行器高靈敏快速精準(zhǔn)響應(yīng)的一面。

出力范圍也是同樣讓人覺得不可思議，該柔性仿人執(zhí)行器出力動(dòng)態(tài)范圍極大，能出大力也能出小力，其力控性能直逼人手。

最為直觀的就是“敲釘子”這一動(dòng)作，高速小力敲一半留一半，或者大力全部敲進(jìn)去，在這個(gè)柔性仿人執(zhí)行器上都變?yōu)榱丝赡堋＿@種體現(xiàn)出小力與高速、剛性物體與柔性物體之間的矛盾，原先很難在同一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)。

最為難得的是，在一些外向力的干擾下，例如拿錘子去擊打測(cè)試，原本的結(jié)構(gòu)特性沒有出現(xiàn)明顯的偏移和改變。視頻中介紹，由于這個(gè)柔性仿人執(zhí)行器可以承受沖擊，即使碰撞也不會(huì)對(duì)機(jī)器產(chǎn)生損壞，這保證了其可維護(hù)性。

同時(shí)，增廣智能的柔性仿人執(zhí)行器，還體現(xiàn)出安全人機(jī)互動(dòng)的特性。在運(yùn)動(dòng)過程中，人手突然抓握并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，也并未對(duì)軌跡造成影響，這意味著即使執(zhí)行高速軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，該執(zhí)行器也可以保持兼容性和安全性。

除了這些，寬帶支持高頻率震動(dòng)，最高頻率可以達(dá)到30HZ，這意味著其運(yùn)動(dòng)反饋的即時(shí)性會(huì)遠(yuǎn)超人們的想象。

由于這款柔性仿人執(zhí)行器能在沒有力傳感器的情況下，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的力量控制，并且消除摩擦力影響；從而在一個(gè)機(jī)構(gòu)下同時(shí)滿足了出力跨度大、響應(yīng)速度快、零摩擦力的指標(biāo)要求，動(dòng)作更擬人，這無(wú)疑是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新！

▍探索更大應(yīng)用可能性

不僅僅體現(xiàn)出了一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體創(chuàng)新，該產(chǎn)品在未來(lái)市場(chǎng)上是否也能有非常多的可能？機(jī)器人大講堂為此采訪到了增廣智能CEO黃安杰先生。

據(jù)黃安杰透露，目前視頻中不僅僅是一個(gè)單軸結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的展示，該結(jié)構(gòu)并未受到材料、環(huán)境的局限，具有非常強(qiáng)的可復(fù)制性，未來(lái)無(wú)疑可以將其拓展做成三軸或者是六自由度的產(chǎn)品。

“增廣智能的柔性仿人執(zhí)行器，在運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新。目前主流大多使用力傳感器+電機(jī)+減速機(jī)的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)力量的控制，如今這種全新執(zhí)行器的技術(shù)路線與以往的方式全然不同，可以實(shí)現(xiàn)較大力量和快速響應(yīng)。這在醫(yī)療和工業(yè)場(chǎng)景，都有非常大的一個(gè)想象空間。”黃安杰解釋道。

在力度、速度、靈敏度、運(yùn)動(dòng)節(jié)拍上，本身就有非常多的矛盾點(diǎn)，例如知乎上有個(gè)問題，詢問提高減速器減速比，提高關(guān)節(jié)定位精度，進(jìn)而提高機(jī)械臂末端精度是否可行。有答主也指出，由于機(jī)器人本身是一個(gè)高度機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的整體，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身，想要提高任何一個(gè)點(diǎn)，問題難度將指數(shù)增加。

例如打磨領(lǐng)域，在很多場(chǎng)景下對(duì)于打磨速度與精度都提出了較多要求，由于機(jī)器人與人手的區(qū)別還非常大，人手可以適配更快、更大的力量變化，高精度打磨對(duì)于機(jī)器人的力量控制、響應(yīng)速度要求非常高，同時(shí)關(guān)節(jié)磨損也非常快，導(dǎo)致部分場(chǎng)景難以順利打開。

而這款柔性仿人執(zhí)行器則提供了一種響應(yīng)快速，同時(shí)兼容大出力和小出力的解決方案，就完美實(shí)現(xiàn)了魚與熊掌得兼。由于具備非常多與人相吻合的強(qiáng)悍特性，從而非常適合應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)療、工業(yè)打磨、裝配等場(chǎng)景，也可以為機(jī)器人企業(yè)嘗試更多例如按摩、理療等與人相關(guān)交互的部分打開想象空間，除此之外，還可應(yīng)用于手控器、遙操作等全新的自動(dòng)化、醫(yī)療、實(shí)驗(yàn)科研等領(lǐng)域。

當(dāng)然，該柔性仿人執(zhí)行器更多的可能性也依然有待更多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行挖掘。

▍結(jié)語(yǔ)與展望

隨著汽車、3C、半導(dǎo)體、生物醫(yī)療等高精技術(shù)領(lǐng)域不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)能與良品率的要求已經(jīng)顯著提升，市場(chǎng)對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備廠商產(chǎn)品的精度、速度、力量等提出了更為嚴(yán)苛的要求。如何找到性能更強(qiáng)的精密運(yùn)動(dòng)零部件，提升最終產(chǎn)品或者整體解決方案的素質(zhì)與質(zhì)量，一直是困擾機(jī)器人企業(yè)與許多集成商的難題。

機(jī)器人大講堂了解到，增廣智能CEO黃安杰在2013年師從宋愛國(guó)教授期間就看到了這種趨勢(shì)，從東南大學(xué)儀器科學(xué)專業(yè)畢業(yè)后，黃安杰沒多久就開啟了創(chuàng)業(yè)歷程。

2015年，黃安杰敏銳抓到了多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)這一細(xì)分領(lǐng)域在工業(yè)市場(chǎng)上的應(yīng)用前景，開始著手研發(fā)末端執(zhí)行器相關(guān)技術(shù)。

2016年，黃安杰成立團(tuán)隊(duì)開始攻克第一代執(zhí)行器控制技術(shù)，并最終組合做成各種各樣不同形態(tài)的產(chǎn)品，匹配研發(fā)了智能夾爪、智能推桿、旋轉(zhuǎn)缸等不同硬件形態(tài)的執(zhí)行器產(chǎn)品。

2018年，黃安杰正式成立了增廣智能，聯(lián)合擁有超30年力觸覺技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)的首席科學(xué)家宋愛國(guó)教授，對(duì)標(biāo)SMC、Festo等國(guó)外執(zhí)行器賽道龍頭，定位于做智能執(zhí)行系統(tǒng)和精密力控系統(tǒng)解決方案提供商，開始走上了國(guó)產(chǎn)執(zhí)行器商業(yè)化之路。

憑借強(qiáng)大的工藝算法優(yōu)勢(shì)和完備的工藝軟件體系，增廣的智能執(zhí)行器、控制器、傳動(dòng)零件已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)，價(jià)格是國(guó)外同類產(chǎn)品的10%-40%。陸續(xù)與華為、富士康、比亞迪、舜宇光學(xué)、華大智造等多家頭部標(biāo)桿企業(yè)達(dá)成緊密合作，成長(zhǎng)為了國(guó)內(nèi)智能執(zhí)行器領(lǐng)域頭部企業(yè)。

2021年，增廣智能獲得凡創(chuàng)資本數(shù)千萬(wàn)元Pre-A輪投資，目前，增廣智能正在籌備新一輪融資，不斷開拓著在電子、半導(dǎo)體、醫(yī)療、汽車、新能源、倉(cāng)儲(chǔ)物流、智能裝備、軍工等多個(gè)高精尖領(lǐng)域的更多可能性。