作者:熊光的朋友

达闼科技,用柔性智能关节 SCA 定义云端智能柔性机器人起跑线

作为机器人的核心零部件,伺服系统的核心技术一直掌握在欧美、日本以及韩国的手里。

在面对传统伺服电机技术掣肘的现实,许多机器人厂商不得不依赖进口,然而这就意味着中国厂商的采购成本要比外企自用高三五倍以上。

另一方面,受限于核心技术而大多以下游系统集成为主的中国机器人公司,也不得不长期承受着传统伺服电机「分件组装难度大」,以及「不同硬件难以兼容」等难题。

「目前组装难度大,主要是因为大电机、编码器和驱动分离这几块是分离的,必须要通过线缆连接的方式。但是线路除了非常难部署,还会受到外界干扰;

而硬件不兼容会直接加大客户的使用难度,这无形中就会增加客户的人力成本;

另外,传统伺服系统用的是以电机-减速器-负载线性传动的刚性关节,容易与外部环境发生刚性碰撞。」达闼科技在接受机器之心采访时,直言不讳地谈到了传统机器人零部件与现有市场需求发生的诸多冲突。

譬如,伺服系统的一个关键组件——编码器在通过线缆连接时,会随着距离的增大,外界环境干扰的增强,而导致通信质量明显下降。

此外,在传统工厂环境中,搭载刚性关节的机器人曾发生过损坏昂贵设备并误伤操作人员的真实案例,这个时候机器人的应用反而会弊大于利。

「中国机器人制造长时间受技术和采购成本两大掣肘,针对高端服务机器人的底层伺服系统设计一直处于初级阶段。」达闼科技道出中国为何一直制造不出优质服务机器人的弊病所在。

而这同样解释了为何过去三年来机器人市场虽然很火,但却毛利率一直较低且订单分散的根本原因。

「我们要向优秀的企业取经,不能一味为了压缩制作成本和提量而总是在粗制滥造。」达闼科技强调。

要做比波士顿动力更好的柔性驱动器

在全球机器人领域,大概无人不晓「波士顿动力狗」。

在波士顿动力公司三年来发布的为数不多的视频中,拥有「强健」四肢的机械狗能够做出跳跃、空中转体、开门等超乎人类想象的高难度动作,引起了全球轰动。

而从这只机器狗背后的技术层面来看,最大的功臣之一应该是来自于柔性执行器的驱动力。

「波士顿动力的高性能柔性执行器一度在全球处于垄断地位,这个新零部件其实一定程度上弥补了建立在传统伺服舵机上的机器人刚性关节的不足,『韧性』更高,更加灵活,可以让机器对环境做出主动响应,也可以让机器人在运动的过程中更加像人。」达闼科技的技术人员表示。

因此,达闼科技 5 年来一直在研究如何做出一款高质量的智能柔性驱动器来弥补传统伺服系统的弱点。

譬如,除了钻研伺服电机,达闼科技的技术专家们平时的一大工作就是观察人体运动。

他们发现,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。

为了模拟生物关节的这种特性,达闼科技研发人员进行了颠覆式创新设计,在串联弹性驱动关节的基础上,增加其可变刚度的功能,这便是可变刚度的串联弹性驱动关节。

「串联弹性驱动关节不仅能实现柔性关节的功能,还能根据机器人的运动状态,无级改变关节的劲度系数,甚至调整到刚性关节。」他们解释道。

2018 年中下旬,达闼科技终于宣布研发出据称可以与波士顿动力比肩的服务机器人零部件产品——SCA 智能柔性驱动器。

而在 2019 年 MWC 世界移动大会现场,我们见到了由这款达闼科技自主研发的执行器驱动的柔性机器人产品。

根据现场体验,这款机器人的确能够流畅完成包括握住瓶子并将瓶子递送到用户手中、帮用户端取咖啡、穿针等一系列动作。

「我们将电机、驱动器以及编码器融合为一个整体,采用多层板紧凑布局将这些部件集成到一小块电路板上,体积缩小至传统伺服系统的十分之一;但同时能承载更大的扭力矩。这相当于解决了服务机器人工程方面一直存在的关节集成化难题。

当然,柔性执行器也优化了电机设计以配合高级算法,使得外转子电机可以更好的应用于伺服系统。」据现场达闼科技的技术人员介绍。

此外,除了对系统设计有进一步优化,这款柔性执行器还需要配合「机器人大脑」,让机器人能够主动适应外部环境并做出积极反馈。

「机器人智能的实现无法仅仅依靠一个小型终端,云端『大脑』其实是最佳选择。」达闼科技现场的技术人员表示。

因此,早在 2015 年,达闼科技就先于柔性执行器自主研发了云端智能解决方案,采用「云、网、端」三位一体架构,配合「执行层」,让机器人除了具备类似于生物关节的韧性能力外,也具备了面部识别、人机交互等「思考能力」。

技术研发推动力——市场爆发与政策支持

有人在知乎上提问「为何国内伺服系统技术研发热度不高以及国产化速度缓慢」时,有一个回答很有意思:

「除了巨大的研发成本,对市场对机器人需求的限制其实也有决定因素。」

的确,在人工智能浪潮还未完全发酵以前,机器人的传统技术格局一方面很难打破,另一方面是各个行业对并不智能的机器人需求并没有形成庞大规模。

然而,随着国内外人工智能赋能产业的持续升温,工业机器人行业结构将由「T」型单一发展模式逐步转变为「O」型产业链综合发展,并形成一个规模巨大的市场。

最新数据也证明了这一点。

根据 2019 年 2 月中国电子学会发布的预估数据,2018 年中国服务机器人市场规模为 18.4 亿美元,同比增长约 43.9%,高于全球服务机器人市场增速。

或许,对新技术的掌握将成为一个改变机器人产业链竞争格局的突破点;而行业格局变化将利于本土企业崛起,拥有核心技术的中国公司完全有机会成为这块市场的主角。

「中国机器人产业的发展重点一定在于底层核心技术的发展。」达闼科技强调。

另一方面,从国家发展政策上来看,中国制造 2025,是中国政府实施「制造强国战略」第一个十年行动纲领。而包括机器人底层技术和人工智能等高端技术的创新,必将得到国家政策方面的强有力支持。

「我们作为高新技术企业,一必须要迅速顺应行业格局的变化,因此才咬牙高投入自主研发『柔性驱动器』这类重要底层技术,但终极目的,是解决中国机器人技术应用层面上一直存在的短板——关节控制及安全使用的问题,我们需要把核心关键技术掌握在自己手里。」

作为少数全球范围内真正达到商业化运营的人工智能公司,达闼科技研发的 SCA 智能柔性驱动器不仅成为服务机器人重要的底层技术标准,可以更广泛地应用于机械制造加工、航空航天、精密仪器、健康医疗等等领域;也填补了中国长期在高端机器人领域的技术空白,为中国机器人底层伺服技术的发展奠定了技术基础。

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达闼科技在云端融合智能、高速安全网络、以及安全智能终端和机器人控制技术等领域进行了深入研发。提出并构建了结合人工辅助和机器学习的云端融合认知计算平台(HARI)。达闼科技正在部署一个全球覆盖的高速安全骨干网(VBN);打造了云端智能控制终端“DATA”系列产品。达闼科技实现了移动内联网云服务(MCS),为下一代企业移动信息化提供了关键的“云网端”安全架构。 全球首个机器人运营商,服务机器人产业,从产业链的各个角度切入,提供从人工智能解决方案到机器人核心的零部件的全产业链技术支持。

人工智能技术

在学术研究领域,人工智能通常指能够感知周围环境并采取行动以实现最优的可能结果的智能体(intelligent agent)

工业机器人技术

工业机器人是面向工业加工制造的可自动控制,多用途,需有三轴及以上可编程的固定或可移动机械手。其系统中包括带有执行机构的机械手以及示教控制器。 它可以依靠自身控制能力来执行预设的轨迹及动作。典型应用包括焊接,刷漆,组装,采集和放置等工作。工业机器人完成工作具有高效性,持久性和准确性。目前常用的工业机器人包括关节机器人,SCARA机器人,并联机器人和直角坐标机器人等。

人机交互技术

人机交互,是一门研究系统与用户之间的交互关系的学问。系统可以是各种各样的机器,也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流,并进行操作。小如收音机的播放按键,大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。

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