經(jīng)過了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造的很多環(huán)節(jié)，但仍然有大量生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要人工完成，機(jī)器人工人的數(shù)量目前仍然不到人類工人數(shù)量的1%，對(duì)于機(jī)器人工人的需求還遠(yuǎn)未滿足，如果將范圍擴(kuò)展至商業(yè)、醫(yī)療康復(fù)等廣義生產(chǎn)活動(dòng)，這一需求更為龐大。面向這些需求，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的限制在哪里？協(xié)作機(jī)器人是否解決了這些問題？我們需要什么樣的機(jī)器人技術(shù)？
工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)與短板
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人由電動(dòng)機(jī)器演化而來，和人工的比較優(yōu)勢(shì)是負(fù)載能力大、速度快、位置精度好。劣勢(shì)是：應(yīng)對(duì)環(huán)境不確定性的調(diào)整能力差，智能化程度低。協(xié)作機(jī)器人在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上通過降低結(jié)構(gòu)重量，并限制電機(jī)功率和速度，實(shí)現(xiàn)與人在同一空間工作的安全保障，本質(zhì)是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支。工業(yè)機(jī)器人（包括協(xié)作機(jī)器人），都是控制機(jī)器人位置，一般采用示教-執(zhí)行的開環(huán)過程，這種方式只能應(yīng)用于嚴(yán)格結(jié)構(gòu)化的場(chǎng)景，對(duì)場(chǎng)景中出現(xiàn)的不確定性不能很好處理。比如零部件裝配，零部件公差配合的精度遠(yuǎn)高于機(jī)器人位置控制的精度，只靠位置控制完不成裝配。而人工憑借力覺和手臂柔性，以及學(xué)習(xí)決策能力，可以輕松完成裝配動(dòng)作。所以目前工廠需要大量工人在零部件裝配環(huán)節(jié)，工業(yè)機(jī)器人在這方面也做了大量應(yīng)用嘗試，但效率很難pk人手。如果把機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展到商業(yè)、醫(yī)療康復(fù)等廣義生產(chǎn)活動(dòng)，比如康復(fù)理療，工業(yè)機(jī)器人在這些場(chǎng)景下相對(duì)人類手臂更是完全處于弱勢(shì)。醫(yī)生更多靠手臂力度幫助病人完成護(hù)理動(dòng)作，而人類手臂的肌肉控制柔順特性，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人很難實(shí)現(xiàn)。目前傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人仍然有大量的人工替代存量場(chǎng)景，但對(duì)于工業(yè)裝配、廣義生產(chǎn)活動(dòng)，真正pk人類手臂的能力才是機(jī)械手臂的下一階段目標(biāo)。
柔性機(jī)器人有什么區(qū)別，帶來什么好處
雖然傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人也可以通過末端加力傳感器的方式實(shí)現(xiàn)力覺控制，但受限于面向位置的控制體系結(jié)構(gòu)，力覺閉環(huán)經(jīng)過的環(huán)節(jié)多，反應(yīng)遲鈍，節(jié)拍很慢，很難比擬人手。柔性機(jī)器人與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不同的軟硬件體系結(jié)構(gòu)：每個(gè)關(guān)節(jié)都配置力傳感器，并且底層控制體系結(jié)構(gòu)由原來的位置控制，轉(zhuǎn)變?yōu)榱臀恢萌诤峡刂疲箼C(jī)器人兼具高精度位置控制和高動(dòng)態(tài)力控制。
▲靈敏力感知，一指觸停
▲可調(diào)柔順控制，人類手臂般的交互能力所謂高動(dòng)態(tài)力控，即力的閉環(huán)頻率相對(duì)工業(yè)機(jī)器人提升了一個(gè)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，力覺反應(yīng)更靈敏，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模擬人類手臂肌肉控制的柔順特性，使機(jī)器人具備了處理環(huán)境不確定性的能力。比如在零部件裝配場(chǎng)景，可以通過控制相應(yīng)方向的主動(dòng)柔順，模擬人手順應(yīng)位置偏差，進(jìn)行柔順裝配。再比如復(fù)雜曲面打磨，柔性機(jī)器人在前進(jìn)方向進(jìn)行位置控制，在打磨壓力方向進(jìn)行力控制，并通過機(jī)械臂的柔順調(diào)整，自適應(yīng)曲面的彎曲變化，這和人工操作的特性是一致的。
▲高動(dòng)態(tài)力控，電纜接口插拔依靠高動(dòng)態(tài)力控技術(shù)，可以全面升級(jí)目前協(xié)作機(jī)器人的特性：比如通過靈敏力感知，實(shí)現(xiàn)更輕便的拖動(dòng)示教，甚至可以直接拖動(dòng)機(jī)器人寫毛筆字，使機(jī)器人更易用。通過高靈敏度外力碰撞檢測(cè)，使人機(jī)協(xié)作更安全。
▲機(jī)器人拖動(dòng)示教寫毛筆字
▲虛擬墻功能，人機(jī)交互更安全另外，如果把AI比作人類大腦決策，則機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制類似小腦和肢體控制，只有位置控制的肢體是不協(xié)調(diào)的。而力覺和柔順特性的加入，給上層智能提供了更強(qiáng)大平臺(tái)支撐，可以加速AI在廣義生產(chǎn)活動(dòng)中的落地。
通過以上核心技術(shù)特性，柔性機(jī)器人可以解決生產(chǎn)裝配等傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用短板，同時(shí)可以使其拓展至輔助醫(yī)療和商業(yè)服務(wù)等更廣泛的場(chǎng)景中。
▲遙操作開瓶蓋
▲遠(yuǎn)程B超檢測(cè)
