智能柔性关节 机器人腾挪跳跃的秘诀

使用智能柔性执行器SCA搭起而出的智能柔性服务机器人，全身共34个维度，即34个关节。智能柔性执行器SCA，其具备高度构建、高精度、总线掌控、柔性功能、低成本等特点。机器人不会端茶倒水、导航系统唤、唱歌、答疑解惑……近日开会的2019世界机器人大会，让观众再度赞叹，更加多更加灵活性、更加智能的服务机器人于是以回到我们身边，人机并存的智能时代加快到来。

和人一样，要求机器人灵活性度的是关节。此次机器人大会上，前沿驱动（北京）技术有限公司的INNFOS研发团队带给的几经数年自律研发的全系列智能柔性执行器SCA（Smart Compliant Actuator），以及基于该技术的两款产品更有了很大注目。智能柔性执行器仍然是机器人，特别是在是服务机器人研发生产的难题。

SCA是如何攻下这一难题的，该技术到底有何过人之处？柔性关节制约我国服务机器人发展智能柔性执行器，即柔性关节对机器人的重要性不言而喻。机器人的所有动作都必不可少关节。“业界根据人的肌肉和骨骼模拟出机器人关节的维度，一般来说我们所说的多少个维度就是多少个关节，比如工厂里机四轴机械臂，其中的一轴就是一个关节。

”INNFOS牵头创始人朱梓兜说明道，对一台机器人来说，关节成本占到硬件总成本的70%以上。而且服务机器人与工业机器人对关节的拒绝又深感有所不同。朱梓兜讲解道，工业机器人拒绝持久稳定性，对灵活性和自适应性拒绝不低，“它们只必须按照规划好的路径运动就可以，不必有很多的变化。

而服务机器人则有所不同，行驶、运动等功能大自然对关节的灵活性拒绝极高。所以工业机器人的关节大多是刚性执行器，而服务机器人则必须智能柔性执行器”。此前最著名的人形机器人来自波士顿动力。

早在2017年，该公司机器人的一段冲刺、转动、后空翻的视频精彩了整个机器人圈。大家争相感慨，这个机器人的关节也过于灵活性了。

但这并不意味著智能柔性关节早已不是问题。恰恰相反，“据我们理解，目前国际上大约只有三四家掌控智能柔性关节技术，其中波士顿动力的技术不公开发表，MASA某种程度也不公开发表对民用对外开放。”朱梓兜说道。

正因如此，截至目前，工业机器人大多使用体积大、刚性强劲的传统伺服系统，而服务机器人由于身形容许，无法用于传统控制器，不能只得装备更加多用作航模、玩具等研发的舵机。“舵机故障率低、噪音大，过于智能，这也是为什么我们杨家感觉目前服务机器人总有些笨笨的感觉。”朱梓兜说道，缺乏高性能柔性关节沦为服务机器人发展的众多障碍。“所以我们从头做起，花上了7年时间，研发出有了智能柔性执行器SCA。

”朱梓兜说道。技术秘诀在于核心动力系统构建非常简单来说，经常出现在此次大会上的智能柔性执行器SCA，将传统工业伺服系统做了舵机大小，并顾及了两者优点。

“将工业伺服系统应用于服务机器人，要解决问题的核心难题就是如何在不壮烈牺牲性能的情况下，将其增大到限于于服务机器人的体积。”朱梓兜说道。

工业伺服系统还包括电机、驱动器、减速器、编码器等核心元件，如何将这些原本独立国家的元器件构建到一起，就像将很多芯片构建到一块电路板上一样？答案就是指底层转行，研发能各自给定充分发挥出有仅次于效率的电机、驱动器等。“首先，我们自由选择了超薄外转子电机，这种电机可以做到得很扁平，以前应用领域较为小，没大规模生产，但我们通过研究找到它的扁平化特征很合适用来做到构建的执行器。”朱梓兜说道。

在搞定适合的电机后，研发团队又根据电机特性研发出有高度给定的驱动器、编码器等器件。荐个例子，标准化的传统工业控制器驱动器限于于很多种电机，但多数情况下不会有校验。“我们为指定的电机研发了特定的驱动器，增加了校验。”朱梓兜说道，“所以我们这几年仍然在做到的一件事，就是不时调整思索这几个元器件的关系，木村怎么让它们在尽可能小的空间里互相配合，充分发挥更大起到。

”最后，SCA构建了在某种程度性能下体积只有传统伺服系统的十分之一。更为重要的是，我国机器人领域电机、减速器等核心元部件受制于人的状况或将再次发生一些转变。众所周知，仪器减速器、控制器以及伺服电机等机器人核心零部件仍然被国外几家大公司独占，国内企业尚能不具备核心零部件自产能力。

核心部件受制于人的后果是，不仅价格下不来，利润度日，且供货周期长。“我们前几年曾多次向一家国际著名的厂商采购了60多万元的电机，这个量在别人那归属于尤其小的，所以不有可能有议价空间，而且起码要等几个月。

”朱梓兜说道，这种情况对于国内机器人厂商来说是常态。“由于我们就是指电机、驱动器等转行，所有核心技术都自己掌控，因此再也不会像以前那么被动，而且我们给国内外客户的供货速度十分慢。

”朱梓兜回应。减少硬件成本推展整个产业发展以SCA为基础，研发团队正在研发限于于有所不同机器人的柔性关节，其中还包括专门四足机器人量身自定义的柔性关节，以及SCA的复合材料版等。据业内专家讲解，四脚机器人必须已完成双脚、休息、跳跃、阻抗等动作，甚至在有所不同路面环境中已完成适当任务，因而其对执行器的拒绝更为苛刻。

一般来说，四脚机器人拒绝执行器具备扭矩密度大、功率密度大、控制系统高度构建、柔性掌控等特性。为了符合四脚机器人对扭矩的市场需求，INNFOS研发团队将减速器嵌入其中，在减少扭矩的同时，确保了灵活的机械机构。同时，减速器的映射，让该执行器在整机质量453.1克的情况下，峰值扭矩约19.8牛顿米，也使得其扭矩密度大幅提高，更加合乎四脚机器人对扭矩和扭矩密度的市场需求。“我们通过电流的环，可以低成本的构建力触。

与此同时，我们运用光束驱走技术，以较小的减速比用上大扭矩密度的电机，之后可以做在低成本、低产量的情况下构建力触。”朱梓兜讲解道。柔性掌控是机器人类产品中必不可少的特性。

研发人员在执行器内部减少了一系列感官元件，因应处理器来监控内部电流的状态，最后在高级动力学算法的承托下可实现执行器的柔性技术，做确实安全性简单的嵌入式。该团队公布的SCA复合材料版则将柔性关节的价格降至千元以内。“该技术中所有的动力系统和标准版一样，我们降低成本的秘诀在于用于了风扇、精度都很好，但成本较低的复合材料。”朱梓兜透漏。

同时，执行器内部内置一颗高性能多核浮点运算处理器，专门用来处置电机的运转数据，可以构建动态的高精度掌控。几百元的柔性关节对于服务机器人的发展意义深远影响。“硬件成本的大幅度减少毫无疑问不会推展整个产业的发展，特别是在是在教育、研发领域的普及。

”朱梓兜指出。

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