秦雪/編譯

弗蘭卡：安全又可自我復(fù)制的機械手

秦雪/編譯

●不會傷害人類同事的可信任的工業(yè)機器人正在向我們走來……

薩米·哈達(dá)?。⊿ami Haddadin）曾有過一個瘋狂的舉動，他在機械手臂上安裝了一把鋒利的刀刃，然后編制了一個程序，讓它刺向自己手臂。這可不是他心血來潮的魯莽之舉，而是為了試驗一種最新設(shè)計的觸感應(yīng)控制方案。他想知道，當(dāng)?shù)度薪佑|到他的皮肉時，是否能夠立即阻止機器人的進(jìn)一步動作。實驗結(jié)果如他所愿。

如今哈達(dá)丁想要讓這種安全特性在所有需要與機器人配合的工作中普及開來，由于其代價昂貴，這一重要安全特性只局限于用在一些高度復(fù)雜和昂貴的系統(tǒng)中。2017年，哈達(dá)丁在德國慕尼黑的創(chuàng)業(yè)公司弗蘭卡·艾米卡（Franka Emika）計劃推出一款更先進(jìn)的機械手臂，這款機械手臂的特點是易于安裝和編程，但最不尋常的還是它的安全性，傳統(tǒng)工業(yè)機器人都有一定的危險性，因此通常被安置在籠格內(nèi)，而這款機械手臂可以與人類工人并肩站立，協(xié)助他們工作，不用擔(dān)心會有被機器人傷害的風(fēng)險。更神奇的是，這款機器人還能夠自我復(fù)制。

這款機器人以公司名稱弗蘭卡·艾米卡命名，就像一個有名有姓的人類一樣，哈達(dá)丁解釋道。像弗蘭卡這樣的機械手臂，是一種能與工人協(xié)同工作的機器人系統(tǒng)，通常被稱為協(xié)作機器人（cobot），是機器人市場增長速度最快的一個細(xì)分市場，全球銷售額2016年為1億美元。根據(jù)一項估計，5年后將飆升到33億美元以上。

所有的大型工業(yè)機器人制造商都在研發(fā)自己的協(xié)作機器人，但大部分創(chuàng)新設(shè)計都來自初創(chuàng)公司。2012年，“再思考”機器人公司（Rethink Robotics）推出了巴克斯特雙臂機器人（Baxter），最近又推出了一款名叫索耶（Sawyer）的單臂機器人。目前在協(xié)作機器人領(lǐng)域占據(jù)支配地位的是丹麥通用機器人公司，每年出廠的機器人達(dá)數(shù)千臺。即便如此，這種類型的機器人仍然比較罕見，但這種情況有望在未來幾年里有所改變，目前哈達(dá)丁的公司已獲得許多投資者的支持，包括德國機器人制造商Kuka以及其他想要進(jìn)軍這個市場的投資者。

哈達(dá)丁曾在德國一個高級機器人實驗室工作過，還在硅谷的加速機器人公司威洛車庫（Willow Garage）待過一段時間。他說，這款機器人因其多功能的操作技能在眾多競爭對手中脫穎而出，除了一些性能指標(biāo)與其他機器人具有可比性，如7軸運動，80厘米活動范圍，3公斤有效負(fù)載與0.1毫米的操作精度等，機械手臂還可以完成一些需要精確控制的與工件直接接觸的任務(wù)，包括鉆孔、車削螺紋、磨光拋光，特別是電子產(chǎn)品制造商一直想要實現(xiàn)自動化的各種檢驗和裝配任務(wù)。

弗蘭卡比通常意義上的機械手臂擁有更多的靈活性，因為它是一款轉(zhuǎn)矩控制的機器人，使用應(yīng)變儀來測量所有7個運動連接處的力道，哪怕是最輕微的碰觸也能測量出來。相比之下，大多數(shù)工業(yè)機器人根本沒有任何的力度感知能力，這也是傳統(tǒng)機器人會對邊上操作工人構(gòu)成威脅的原因，它們會在根本感知不到的情況下給人類造成傷害。

安全觸摸：薩米·哈達(dá)?。ㄗ螅┑哪繕?biāo)是開發(fā)一種周圍操作工人可以與之直接接觸的安全的工廠機器人，2016年推出的弗蘭卡·艾米卡機械手臂正是他的研究成果

轉(zhuǎn)矩控制的先決條件之一是需要極為詳盡的機器人動力學(xué)模型，即使是最微小的影響因素也都要考慮到并反復(fù)推敲，如彈性、振動和組件之間的摩擦力，機械手臂通過對力道的實際測量值與模型參考值比較而進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，但如果對照模型關(guān)閉，對機器手臂的控制也同時關(guān)閉。

但哈達(dá)丁不是將其視為一個障礙而是視為一種優(yōu)勢。轉(zhuǎn)矩控制機器人的先驅(qū)者、哈達(dá)丁的導(dǎo)師之一、德國航空航天中心機器人技術(shù)和機電一體化研究所的格爾德·海辛格（Gerd Hirzinger）將弗蘭卡的問世稱為“期待已久的重大突破”。

誰來購買機器人：根據(jù)2016年的工業(yè)機器人銷售量估計，亞洲，尤其是中國、韓國和日本在這一市場中占據(jù)主導(dǎo)地位

弗蘭卡吸引人們目光的另一個因素是成本，目前這款機器人的預(yù)訂價格為9 900歐元，約合10 500美元，對于擁有如此性能的機械手臂來說，價格之低令人驚訝。相比之下，“再思考”機器人公司的索耶的售價為29 000美元，通用機器人公司的暢銷的UR5型機器人的價格甚至更加昂貴，為35 000美元。

加州大學(xué)圣地亞哥分校語境機器人研究所主任亨利克·克里斯滕森（Henrik Christensen）稱弗蘭卡的硬件令人欽佩，但他同時指出，協(xié)作機器人所面臨的主要挑戰(zhàn)不僅是硬件，還包括讓非專業(yè)人員易于操作的軟件，他說，萬能機器人“正在以其最好的用戶界面擊敗競爭對手?！边@是弗蘭卡還需要進(jìn)一步證明自身的一個方面。

哈達(dá)丁說他的公司致力于機器人本身設(shè)計的同時，對于相應(yīng)軟件的開發(fā)也投入了很大的關(guān)注。用戶可以通過預(yù)先編程的機器人動作程序，在觸摸屏上點擊設(shè)定，重新為機器人編程。如果你為一臺弗蘭卡創(chuàng)建了某個程序項目，還可以通過“云服務(wù)”復(fù)制到更多的弗蘭卡機器臂上。

但也許哈達(dá)丁計劃中最雄心勃勃的部分是讓弗蘭卡擁有克隆自身的本領(lǐng)。在量產(chǎn)初期，這款機器人可以完成約80%的工作，但哈達(dá)丁堅持認(rèn)為，我們的目標(biāo)是100%的自動化。展望未來，哈達(dá)丁設(shè)想可將作為移動機器人工廠的集裝箱送往世界各地?！凹b箱內(nèi)是可以創(chuàng)建出更多弗蘭卡的弗蘭卡。”他說。

可以自我復(fù)制的機器人會大量出現(xiàn)在世界各地嗎？無論怎么說，這可能都是一件好事，哈達(dá)丁正在努力讓它們變成人類友好型，哪怕在它們手里舉著刀的時候。

[資料來源：IEEE Spectrum][責(zé)任編輯：彥隱]

本文作者埃里科·古伊佐（Erico Guizzo），IEEE Spectrum雜志高級編輯，專注機器人領(lǐng)域科技報道，曾四獲尼爾獎。