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“柔性机器人是协作机器人下一代产品，以灵敏力感知能力为特色的新一代柔性机器人，实现了对人类力觉的高度仿生，更安全更灵敏，实现了真正意义上的人机协作。”2019年9月23日、24日，机器人大讲堂走进百所高校-柔性机器人专题北航站&清华站分别在北京航空航天大学新主楼与清华大学李兆基科技大楼成功举办。本次活动得到了北航机器人研究所、清华机械工程系以及珞石（北京）科技有限公司大力支持，邀请了国内知名学者、行业专家和企业家就当前国内外机器人技术与产业发展趋势与高校优秀学子、行业人士以及机器人爱好者进行了交流与探讨。 专家分享 中国科学院自动化研究所王硕研究员、南开大学韩建达教授以及珞石机器人联合创始人韩峰涛分别分享了机器人运动规划与技能学习、工业机器人智能化和柔性机器人方面的机器人技术与产业状况。 中国科学院自动化研究所王硕研究员 王硕研究员以《机器人运动规划、控制与技能学习》为题，分享了其科研工作中的想法和开展的一些工作。他首先介绍了机器人背景与意义：机器人在工业上的应用需要能够快速、精确、安全地来协同完成任务。传统机械臂在空间内可以精确运动控制，但是需要被隔离在单独的空间内，以免造成伤人事件。传统工业机器人在大规模生产中效率高、应用广泛，但是许多中小型企业的多品种、小批量的产品生产中亟需人与机器人协同工作，所以协作安全型的机器人在工业领域的应用也越来越多。 其次介绍了其在轨迹规划方面的一些工作。传统的机器人轨迹规划方法是通过机器人各个关节的运动学解算，计算出机器人末端的空间的三维运动的位姿，在其起点到终点一般采用直线、圆弧等方式进行轨迹规划。但是在一些特定的场景中，常规的规划算法就不完全适用，比如具有小圆弧过渡的直角焊缝焊接，在焊接过程中，中间会出现停顿，导致电流过大，薄壁焊件易烧穿，就要采用合适的方法进行过渡规划。过渡规划主要能够用于离散点的快速平滑，可以在线计算，提高机器人轨迹规划的光滑性和灵活性。“在位置过渡过程中，考虑直线和直线、直线和圆弧、圆弧和圆弧之间的过渡，我们主要采用低阶次或高次贝塞尔曲线过渡的方法实现轨迹过渡和插补，获得了较好的规划结果。” 王硕研究员再次对动力学参数校正与牵引控制进行了介绍，根据不同机器人对模型精度、运算速度、外力检测精度的不同要求，将已有操作臂动力学模型及其参数估计方法进行了归纳，设计了评价指标，通过机器人动力学参数标定实验分析了不同模型和参数估计方法的性能，有助于选择合适的动力学模型。在牵引控制方面，不但要考虑重力补偿的问题，还要考虑摩擦力，不同的减速器摩擦力模型是不完全一样，需要选择合理的摩擦力模型并计算出动力学模型参数，才能实现较为可靠的牵引控制。 最后对机器人自主学习进行分享，AlphaGo在一个单领域、完全信息、确定性信息的任务中做的比人强的多，如果将其引入机器人领域进行有效的学习，则有可能极大的提高机器人的易用性。机器人的技能学习主要是通过机器人的训练数据采用增强学习或者模仿学习等方法进行学习。目前，我们可以通过遥操作的机器人示教获取训练数据，通过虚拟场景获得数据、进行训练以减少示教次数。通过示教获得训练数据，需要进行大量遥操作或机器人示教操作，并进行数据清洗等处理。一般来说，传统的深度学习采集几个G的数据，需要机器人做成百上千次遥操作，工作量极大。我们可以构建虚拟场景，通过视觉识别的方法分割环境目标，然后获取数据构建简化的虚拟场景并进行训练模型。训练好模型可以通过迁移到实际机器人上应用，但是需要实际环境和虚拟环境比较接近，这样才能很好的实现目标。 将学习的方法与遥操作进行结合，通过提高操作系统的自主性来降低操作者的操作负担，从而提高系统的操作效率。通过学习方法对人的操作意图进行建模，通过模型对人的意图进行预测，辅助人完成遥操作，可以极大提升遥控机器人完成操作任务的效率。 南开大学韩建达教授 韩建达教授以《工业机器人的“智能”》为主题分享关于工业机器人智能化方面的思考和看法。首先，介绍了工业机器人产业现状，几十年来，汽车行业、电器电子和金属加工行业是工业机器人的三个主要应用领域，拓展在其它行业的应用是我国工业机器人发展的重点之一。 韩建达教授认为我国机器人行业发展有两个途径。一是占领成熟市场，这需要产品具有更高性价比。国外工业机器人四大家族瑞士ABB、德国库卡、日本发那科和安川，其起步和发展要比中国早很多，技术、应用工艺也成熟得多，与其相比我们还处于明显弱势。二是拓展工业机器人新的应用领。中国作为制造业最全面的国家，拥有许多领域在规模上居世界前列，比如食品加工、建材等，在这些领域推广使用机器人，是我国机器人向规模化发展的一个方向。 现有的工业机器人在速度、精度、负载能力等发面已经达到很高的技术水平，韩建达教授称之为工业机器人的“硬能力”。但这种机器人仍然是“汽车、电子等刚性生产线上可编程的自动化机器”。在用于“非传统”领域时，需要新技术的注入，机器人的“软能力”暨“弱智能”就是其中之一。韩教授将机器人的软能力归纳为五个方面：三维工况、作业对象的实时建模能力，人-机器人之间“正常的”交互能力，安全、可靠、敏捷、协作的控制能力，“即插即用”与网络化协同能力，以及开放的工艺实现能力。 我们国家工业机器人的增长点可能在于开辟新的应用。五种“软能力”可能成为我国工业机器人向高端发展和向新领域跨越的一个支撑技术。当然，在此基础上，我们我们还可以提出更多机器人的新能力，使它适应更广阔的应用领域，这个应该是工业机器人发展的重要途径。 韩建达教授认为，工业机器人的“强智能”应该立足于与新一代人工智能技术的深度融合，是基于认知仿生的技能发育能力。人从“学徒”到“高级技师”的过程，是一个渐进的、与广义环境交互、学习的过程，是一个技能发育的过程。工业机器人是否可以借鉴这个机理，在其与生产环境、生产工艺、人的相互交互中渐进地“发育”其自身的技能，而控制这种“技能发育”的引擎，就是机器人的“强智能”。 工业机器人作为一种可编程的自动化装备，其发展已趋于稳定。而机器人的“智能”是其拓展应用领域、进而实现工业机器人密度大幅度提升的使能技术。 珞石机器人联合创始人兼CTO 韩峰涛 珞石联合创始人韩峰涛以《新一代柔性机器人》为主题分享了柔性机器人的发展方向及其新特性。 韩峰涛首先介绍了机器人的发展背景，从1961年第一台液压驱动的工业机器人问世到1974年首台全电动机器人，再到2008年首款UR协作机器人，以至2018年ABB推出第七代大型工业机器人，历经60余年的发展，从技术本质上机器人技术以及基本原理没有大的飞跃。对于未来协作机器人发展，机器人渐进式发展要适应人类发展需求，认为仿人是最合适的路径。 韩峰涛认为柔性机器人是协作机器人下一代产品。柔性机器人在每个关节都内置高精度扭矩传感器和冗余编码器以实现关节全状态反馈，配合直接力控制技术，使得柔性机器人可以模拟人类手臂的力觉反应特性。相对于目前基于位置控制的传统机器人和基于电流反馈的协作机器人，以灵敏力感知能力为特色的新一代柔性机器人，实现了对人类力觉的高度仿生，更安全更灵敏，实现了真正意义上的人机协作。 工业机器人只解决5%的自动化需求，还有95%的需求没有被机器人解决。市场还存在机器人可进入的大量需求，主要在成熟领域新的工序和新兴领域全新应用。比如服装行业，中国是全球服装代工大国，每年要生产将近300亿件服装，服装产业是几乎所有产业自动化水平最低的行业，实际像服装这样的行业需要柔性机器人。 当前机器人出现了低端领域的高端应用，需要新技术来支撑，同时必须降低使用门槛。拖动示教、3D视觉、图形化编辑、自主规划等技术的应用都可以使机器人使用门槛降低，使得简单的事情真的很简单。为了解决这个问题，我们开发了新一代xMate柔性机器人- 韩峰涛指出机器人是典型的机电一体化产品，基本客观事实是硬件决定性能边界，软件发挥硬件性能并定义产品（机器人）的行为。硬件是产品性能的基础，硬件技术的进步为机器人扩展应用场景提供支持和可能，只有硬件水平提升，软件技术才可以充分发挥硬件性能，为用户提供更易用的产品。随后对柔性机器人新的特性进行了讲解，第一，机器人控制由位置控制向直接力控制方向发展，这是机器人进化的关键节点。第二，灵敏的力感知能力。第三，柔性控制，它是协作机器人核心的理念。基于柔性控制，再加上关节传感器和直接力控制框架技术可以做高精度力控，所以用柔性机器人可以解决全新的问题。 工业机器人本质上是机械臂，主要用在工业上，但是随着更安全、更柔顺性，我们是可以把机械臂从工业慢慢转向商业场景。卖甜品、卖麻辣烫的工作以后也完全可以由机械臂来完成，这个市场是非常巨大的。 圆桌研讨 （一）北航站嘉宾 科技部高技术中心研究员刘进长 北京航空航天大学机器人研究所所长、教授陈殿生 中科院自动化研究所研究员王硕 北京航空航天大学副教授陈友东 《机器人技术与应用》杂志社常务副主编 王伟 珞石机器人联合创始人韩峰涛 （二）清华站嘉宾 清华大学教授刘辛军 中科院自动化研究所研究员王硕 《机器人技术与应用》杂志社常务副主编 王伟 珞石机器人联合创始人韩峰涛 在研讨中，每位嘉宾都发表了对协作机器人发展的看法和观点。 刘进长研究员认为现在协作机器人安全系数已经相对提高，应该具有一定智能和感知能力，能够与人进行一定的交流。目前机器人对人的意图的理解还存在差距，所以下一步发展目标一定是内置多种传感器的服务机器人，未来可穿戴机器人也是发力的一个重要方向。只要选准一个重要方向，坚持做下去，就会有非常好的成果。 陈殿生教授认为协作机器人是一个过渡性的产品。现在许多应用工业机器人不能胜任，需要人与机器人共同协作完成，就产生了协作机器人。未来从工业到服务业，需要安全的机械臂。机械臂上还有电子皮肤，碰上就能感知出来，甚至未接触就能感知出来，这样能保证安全才行。所以，服务机器人走向家庭，要做到相对的安全。UR协作机器人出现之后，因为医疗应用不需要那么大负载，所以协作机器人在医疗上的应用很成功。 刘辛军教授表示协作机器人应该是工业机器人与认知的结合，具有工业机器人的特点，又具有一些智能特征。它是一种跨界的机器人，既能走进家庭，也能用于工业领域。我们现在见到的所有协作机器人几乎都是关节型的，个人觉得未来内生双臂，具有一定的仿生驱动性能，可能新型结构出来之后，会有跟手臂一样的复杂结构，灵活性也更好一点。与传统机器人相比，关节小型化、功率密度比越来越高，协作机器人要进一步发展感知和智能，充分发挥人工智能、深度学习的作用。我们希望它安全性高，能够走入家庭去做一些辅助性的工作，这是我们人类追求美好生活的趋势。 王硕研究员认为协作机器人已经步入较好的发展阶段。一方面，企业自动化改造越来越多，另外一方面，国内机器人产品的价格已经得到国内企业的接受的水平。学习技术跟机器人很好的结合，通过学习适应不规则、非结构化的环境，可以更好的提高机器人的易用性。协作机器人由于安全性高，其在新兴行业具有较好的应用前景。找好场景，找好应用领域，做好边界，跟协作机器人配合起来，可能会获得更多新的需求发展。 陈友东老师认为协作机器人和传统机器人的控制应该是一样的，不同点是有了传感器，考虑了安全，用传感器融合的方式实现了更安全、更便捷，或者加力控、视觉、电子皮肤等等，还有智能算法也是使其安全易用。与传统工业机器人相比，协作机器人应用区别不大，还是用于搬运、喷涂等。协作机器人真的想走到服务机器人这一步，它的自主性还要加强，能够自主判断怎么实现服务。 韩峰涛认为传统机器人和协作机器人本质上是一样的，是基于位置控制。柔性机器人为了实现跟人手一样的控制，不能用基于位置的控制，必须要用关节臂来控制末端的力。通过调节中间的刚度和阻尼来实现模拟的位置模式和力的模式。虽然柔性机器人从技术原理上相对比较成熟，但是与研制出好的产品是两回事。他还表示目前国内机器人企业的困难主要有两点，其一是人才的缺乏，其二是几乎很难借鉴成熟企业的经验。 “机器人大讲堂走进百所高校”活动自2016年9月至今已举办20余场，机机器人大讲堂作为连接产学研的纽带，将国内知名学者、专家以及企业家的思考与心得传播给高校学子，期待更多高校学子成为我国未来机器人产业的人才，并为我国机器人产业实现高质量发展贡献力量。同时欢迎对活动感兴趣的高校老师和机器人相关组织负责人与我们联系，下一站就是你们学校。
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