|
仿生机器人“爱因斯坦”在2021WRC引起围观，“爱因斯坦”能做丰富的肢体动作和生动的表情，这突破许多人对于机器人的想象力，原来机器人与人类已经如此接近。 先来看吃瓜视频：  如果仔细看“爱因斯坦”，可以发现其面部的表情已经非常细腻，每一次说话，面部表情和嘴巴的配合贴合度都很高，而手臂的粗细、灵活程度相对传统固定轨迹运动的机器人而言，在进行斜面运动等丰富展示动作时轨迹平顺，以至于一身西装的“爱因斯坦”在表演时能够以假乱真。 世界上研究机器人的企业很多，但机器人真正服务人类依然是全世界的难题，因为机器人的灵活性、智能性很难达到人类社会的更广泛要求，只有灵活、智能的机器人，才能够像人一样执行多种任务，有更多的交互可能性。而要摆脱机器的迟钝感觉，在技术上，又需要感知、决策、执行综合提升，对机器人搭载的机械硬件、电子硬件、嵌入式软件、上层软件、智能算法等都有更具体的要求。 而这又需要更强大、更便宜的硬件作为支撑。由于机器人硬件成本占机器人研发的70%以上，但同时机器人硬件研究投入成本高、周期长、报废率高。这些难点即便是波士顿动力的Atlas或者本田的ASIMO目前都无法解决，也让全世界的机器人研究普遍进展不快，是局限机器人真正走进人类社会的根本。 达闼同样走在人形机器人的研究和研发道路上，但他们的方向与波士顿动力等公司有所差异，达闼看到，若要让机器人走向消费者，走入人类家庭，当前的关键还是在于降低机器人成本。而通过机器人核心零部件的规模化商业落地，促进机器人行业及生态的建设发展，让更多人先能用上机器人再不断优化提升，这无疑是一条可行的路径。 对这种理解最好的行为注脚，则是达闼创始人兼CEO黄晓庆提及的达闼关键布局——柔性关节SCA。 ▍更远的科技路 达闼是云端机器人的创造者、开发者和运营商，其云端大脑在业界知名度非常高，以至于达闼在2020年也被列入在了美国列出实体清单中。但这也坚定了达闼发展机器人的决心。 达闼多次对外提到，机器人会是人工智能时代最具代表性的产品，未来的机器人市场规模很大，这个市场远不是一两家企业三五年时间能够占领。达闼认为，技术的核心目的是为人服务，云端的技术始终要落到实际的应用场景中来，而让更多玩家涌现，共同构建出机器人生态，将AI连接到海量的机器人和智能设备，才有可能不断促进整个行业走得更远，最终让机器人真正进入到人类的生活。 SCA智能柔性执行器就是为此而生。那么什么是柔性关节SCA？ 以人们看到的仿生机器人“爱因斯坦”为例，其外表是精致的仿生硅胶皮肤，而如果就像许多电影的桥段那样，揭开这层仿生皮肤，一身机器骨骼的机器人就会呈现在人们的眼前。 这点在达闼旗下云端智能服务机器人Cloud Ginger与CCTV2记者采访互动中就短暂展现过一个镜头，从画面可以看到，达闼的Ginger机器人包括手臂、机械手、头部、腰部、腿部、全向轮底盘等在内34个关节，均已经以机器关节搭建，这为它源源不断提供动力驱动，以便于完成拿饮料、递送等对于力控要求精准的动作。 同样，“爱因斯坦”这层皮肤下面，也是一具机器骨架。 这一身机械骨架，如果再细分拆开来看，则是由大量的执行器和传感器组成，其中执行器就是采用了达闼自研的智能柔性执行器SCA（Smart Compliant Actuator）。 （自研SCA智能柔性执行器） 决定机器人灵活度的是关节，因此智能柔性执行器可以说是机器人执行系统里最关键的部件，因为这关乎机器人能否实现组合的复杂动作，例如全方位听、说、看、动集合的智能人机交互，这又关乎机器人能否更好做到对人和环境的友好互动和安全共处。 柔性控制是实现人机交互必不可少的特性。在原先，传统伺服体积大、刚性强、扭矩大，主要适用于工业生产，但如果与人交互，安全性就成为非常大的问题。 SCA智能柔性执行器延续着刚柔并济这条路线，对传统工业刚性执行器进行了革命突破。通过将底层伺服驱动、高精度编码器、新型伺服电机、高精度减速器等核心技术进行了创新性设计与研发，达闼最终实现了智能、高集成度、并具有柔性安全操控能力的伺服器的研发。 这是什么意思呢？我们以人体为例。人想要实现某个动作，大脑传递指令，人体的肌肉和骨骼收到指令共同发力执行，才具有灵活却有力的表现力，人体的关节韧性并非一成不变，如腿部落地时，膝关节、踝关节都会呈现出一些柔软的特性。而在机械上，SCA智能柔性执行器像是融合了肌肉和骨骼的整体关节，体积更小但发力更强更精准，同时能快速接收处理信息，机器人的表现就会更加灵活和智能。 这种集成式的融合带来的好处是多方面的。不仅有效解决了服务机器人的关节控制和安全使用问题，还能有效地解决连接多个关节形成各种机器人本体的架构问题，因为机器整体其实也靠着多个关节的联动，这让机器人体积能够更小、更柔性，还能进行复杂的交互。 ▍技术解析 如何完成这种整合的呢？达闼曾经透露出一些技术细节：这是由于SCA智能柔性执行器从机械结构、核心算法、加工工艺等多个方面都实现了技术突破，才具有集成化、高精度、总线控制、大扭矩输出、柔性控制等多重特性。 在原先，工业伺服系统包括电机、驱动器、减速器、编码器等核心元件，在以往的流程，这些产品从工业设计到检测再到生产都是分开的，而SCA智能柔性执行器就将这些原本独立的元器件集成到一起完成并缩小了体积。 我们把SCA智能柔性执行器再拆分来看，可以看到在工艺上的主要特点表现为三方面： ▶轻薄设计：通过采取扁平化外转子结构电机，在超薄体积下实现了超薄集成 ▶智能驱动器：采用执行器专用驱动，三环控制，能高效率发挥电机性能 ▶雕刻精度强：采取高精度磁性编码器，分辨率高达16384（14bit） 就像将很多芯片集成到一块电路板上一样，这种集成越小越困难，因为这不仅需要更强的结构设计能力，还需要各种器件制作工艺更优秀，让体积更轻薄的同时不牺牲功率，并能在有限空间中互相配合，能完成高功率密度强劲输出，发挥更大作用， 达闼表示，当前SCA智能柔性执行器在同样性能下，体积是传统伺服器系统的十分之一，运动灵活性高，且拥有多种规格尺寸，最小可以做到直径35mm粗细，还能采取更加精准的双编码器定位。 如果再去详细看这些集成的细小零部件，可以发现许多典型创新，例如 ▶散热、精度更优秀：新型合成材料电机采取海尔贝克非晶，效率大幅提升 ▶通信总线更强：支持Ethernet-CAN/CAN、支持IPv4/IPv6，也适配新型电机的高频通信，传输速度快了许多 ▶高集成SOC芯片封装：实现了CPU、GPU和DSP集成，SVPWM、存储集成化 这些配合高带宽，低延时且集成了T1车载以太网，意味着SCA智能柔性执行器的整体信息接收和处理能力更快、更强，配合更新控制算法和模型，能完成对SCA的动态智能控制，同时实时运行安全操作系统，这点能配合达闼的云端大脑平台，更是可以实现远程的调度和协同工作。 ▍结语与未来 有效解决了成本、服务机器人的关节控制和安全使用问题的SCA智能柔性执行器，使服务机器人能够和人类共同工作和生活，也为第四次工业革命和智能机器人时代来临提供了重要的核心技术。 而硬件成本的大幅降低无疑会推动整个产业的发展，尤其是在教育、研发领域的普及，这也为服务型机器人实现低成本化和商业化落地提供了更多可能性。就商业价值而言，这种高集成性、高性能、低成本、小体积的智能柔性执行器，能很好实现共享合作的生态，也能推动达闼在市场上拥有更多的占有率和话语权。 有高校和科研机构就购买了达闼的SCA智能柔性执行器发现，服务机器人全身的运动关节其实均可以由SCA模块组成，也可以组装机械臂，因为机器人全部运动自由度的物理呈现都可以理解为一个个关节模块，包括本体结构设计、所有硬件与运动算法的研发、工业设计等机器人基本所有的物理形态，SCA智能柔性执行器都能很好适配和替代。 SCA智能柔性关节已规模商用。目前已成功应用于医疗、教育、农业采摘、零售、无人机等多个行业，如外骨骼机器人、超声波检测设备、机械臂、类人机器人等。除此之外，SCA还可以应用于电动工具、CNC、3D打印机、AGV、云台、无人机、机器人、机械臂等场景。 而达闼也和许多生态伙伴展开了合作。除了WRC上大连新次元的“爱因斯坦”仿生机器人外，达闼旗下多款云端机器人也采用了智能柔性关节SCA。例如：云端智能服务机器人Cloud Ginger的34个关节均为SCA搭建；室外多功能云端机器人Cloud Patrol，则采用了8个智能柔性关节SCA作为其动力驱动；桌面级多轴教育机械臂则采用了QDD Lite系列SCA。 完成了产品的布局，随着达闼智能机器人产业基地的建设完成，达闼还将构建集研发、孵化、关键零部件制造、单体制造、展示展销、售后服务于一体的完整机器人产业链，打造机器人核心零部件智能制造基地，助力推动智能制造产业前行。 ▍产品一览 目前，SCA智能柔性关节分为5个系列： 1、DD系列 无减速器的直驱执行器，适用于要求“扭矩小，转速快”的应用场合。 2、QDD系列 采用铝齿行星减速器的系列SCA，在小减速比的情况下，行星减速器的柔性发挥更好，适用于对人机安全交互有所要求的应用场合，也适用于要求高柔性以减少落地冲击的四足机器人。 3、QDD Plus系列 采用钢齿行星减速器的系列SCA，较QDD系列提高了产品精度，使用寿命更长。QDD Plus系列打造了一款专为多足机器人、外骨骼、多旋翼无人机等使用的扁平化SCA：QDD Plus-NU80-6。 4、QDD Lite系列 部分零件采用复合材料的行星减速器系列SCA，轻量化优势，价格与舵机价格相近，但性能远高于舵机，适用于高校、学生及个人开发者。 5、QDD Pro系列 采用金属结构谐波减速器的系列SCA，由于更换了减速器的材质和种类，该系列SCA在产品精度和使用寿命上得到了很大提升。 ▍关于达闼 |
|
|
