當(dāng)前楣索，隨著人們對工業(yè)瓦盛、醫(yī)療喉悴、服務(wù)水平要求的不斷提高，我們迫切的希望機(jī)器人能夠更加的像人禀晓，并且能夠和人“并肩作戰(zhàn)”精续。在這一愿景的促使下，雙臂協(xié)作機(jī)器人孕育而生匆绣。相比單臂機(jī)器人而言驻右，雙臂協(xié)作機(jī)器人更加的靈巧，并且能夠與人接觸崎淳，這無疑是機(jī)器人技術(shù)的重大突破境猜。中國作為機(jī)器人的應(yīng)用大國，必須擁有自主的雙臂機(jī)器人品牌寨衣，打破國外機(jī)器人對市場的壟斷胸叠，這將會是未來十年我們所面臨的巨大的挑戰(zhàn)，但也是必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)遇托。

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人有什么優(yōu)勢债烹？它能夠發(fā)揮人的特長和機(jī)器的特長。機(jī)器可以不知疲倦地進(jìn)行物理的操作笔广、邏輯推理和思維闪侨，人能夠在復(fù)雜的、未知的環(huán)境下做出判斷和決策灿西。協(xié)作體現(xiàn)在信息的交互挑明，通過人和機(jī)器的物理接觸，也通過人機(jī)界面善婉。這種人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的基本操作是什么沪翔？

第一是雙臂操作；

第二是人可以引導(dǎo)機(jī)器進(jìn)行操作抄瓦；

第三是考慮到人和機(jī)器的安全潮瓶，因?yàn)槭窃谕粋€狹窄的環(huán)境之下一起工作；

第四是我們期待的接觸钙姊。就是在機(jī)器人和環(huán)境之間毯辅、機(jī)器人的兩個手臂之間，還有機(jī)器人和人之間煞额。

其中悉罕，第四種操作要比現(xiàn)在應(yīng)用的一般工業(yè)機(jī)器人要復(fù)雜得多，所以我們應(yīng)該從系統(tǒng)的規(guī)定立镶、操作壁袄、硬件、控制和軟件進(jìn)行全面地設(shè)計媚媒。

機(jī)器人理論走向商業(yè)化

機(jī)器人理論和實(shí)踐的爆發(fā)是從八十年代開始的嗜逻，包括逆運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的控制方法、穩(wěn)定性理論缭召、力控制和機(jī)器視覺栈顷，這些技術(shù)成功地運(yùn)用到了空間機(jī)器人上面。我們做了靈巧臂并于2008年發(fā)射到了軌道嵌巷，現(xiàn)在它是空中軌道上面運(yùn)行的唯獨(dú)的一個靈巧臂辐菩，也是雙臂的機(jī)器人芭贬，主要是在國際空間站做接觸操作。這個機(jī)器人非常成功地應(yīng)用了力控制的手段处膛，時延將近四秒鐘坚呜。它完成了國際空間站要求的全部部件更換任務(wù)，并且在2013年的時候第一次對衛(wèi)星加注了1．3升的燃料胆抓。加注燃料是世界各國都在夢想完成一件事情闸虹，加拿大政府還在2013年發(fā)布的紙幣上把靈巧機(jī)器人作為背景圖案，這足以說明對靈巧機(jī)器人的重視程度辽察。

從2010年開始敌痴，我們團(tuán)隊(duì)把空間機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用到了醫(yī)療上面。第一件事腰步，就是我們使用的是八個關(guān)節(jié)的機(jī)器人在多倫多兒童醫(yī)院做小創(chuàng)傷手術(shù)溪臊，這也是世界上第一次把成功實(shí)現(xiàn)攝像頭在人的腹內(nèi)移動，引導(dǎo)醫(yī)生找到創(chuàng)傷面的手術(shù)堆鸦。第二件事膛胜，就是使用NeuroArm II雙臂機(jī)器人在核磁共振的條件下，外科醫(yī)生對病人的腦部進(jìn)行手術(shù)哥纫。這兩個項(xiàng)目當(dāng)中運(yùn)用了全自適應(yīng)動態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂妻k法霉旗，使機(jī)器人的精度得到大大提高。

九十年代以后蛀骇，新的發(fā)展主要是集中在硬件和通訊方面厌秒，這使得機(jī)器人有了更好的技術(shù)條件，協(xié)作機(jī)器人開始商業(yè)化擅憔，這將對人類的生活鸵闪、工業(yè)發(fā)生很大的影響。我們可以預(yù)測暑诸，這會像過去的Cell Phone和Internet一樣對人類產(chǎn)生重大的影響蚌讼。

以人主導(dǎo)與引導(dǎo)

北京大學(xué)智能機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在過去一年多的時間里研發(fā)出一款機(jī)器人產(chǎn)品 “WEE”「鲩牛“WEE”是一個雙臂機(jī)器人篡石，它是由兩個單臂組成，每個單臂可以獨(dú)立操作西采，而且每個單臂由七個關(guān)節(jié)組成凰萨，這個雙臂機(jī)器人可以有五公斤的負(fù)載。人和機(jī)器人可以共存在同一個環(huán)境當(dāng)中眠便，用戶可以通過界面選擇他所需要的操作模式笤碍。這個機(jī)器人是模塊化的，這表現(xiàn)在機(jī)器上是模塊化的其便，在電氣上是模塊化的支赖，而且在控制上也是模塊化的荸冒，所以它可以拓展到二十個關(guān)節(jié)，而不需要在系統(tǒng)方面做重新的設(shè)計访跪。

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人有什么樣的技術(shù)要求扬饰？什么樣的性能是設(shè)計者所希望的呢？這個操作分為綠乳吉、黃这疟、橙色三個區(qū)域菱计。綠色的區(qū)域就是指一般的機(jī)器人醋躏，這種機(jī)器人可以自由地移動。黃色的區(qū)域指已經(jīng)接近人了壤生，這個時候就要小心它會人傷害到人的問題擒买。橙色的區(qū)域就是接觸的區(qū)域，這個區(qū)域機(jī)器和人進(jìn)行接觸耀里，和它所要完成的任務(wù)進(jìn)行操作蜈缤。

我們做這件事情就是靠關(guān)節(jié)控制和任務(wù)控制這樣的阻尼控制，這樣的阻尼是按照不同區(qū)域的要求來進(jìn)行調(diào)整的冯挎，而且我們要有無縫的銜接底哥，就是在機(jī)器人的末端從不同的區(qū)域進(jìn)行移動。我們還希望機(jī)器人的末端阻尼和剛度都是完全節(jié)偶的房官，換句話說趾徽，如果在它的末端推它，往哪個方向用力翰守，機(jī)器人的末端就朝著哪個方向運(yùn)動孵奶。我們希望機(jī)器人和人接觸的力是很小的。如果機(jī)械臂以每秒兩厘米的速度推進(jìn)蜡峰，這個速度對于接觸操作是足夠的了袁。我們檢測到的力不會大于五牛頓，這是比一般的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人達(dá)到的指標(biāo)都要高得多湿颅，甚至要高出一個數(shù)量級载绿。機(jī)器人要防止在人和機(jī)械臂之間可能的接觸和碰撞。雙臂操作就像人一樣斟策，雙臂不是獨(dú)立操作的著平，如果右臂進(jìn)行操作，左臂就可以按照右臂的操作狀況輔助來做庸磅。我們希望無論是雙臂還是單臂都要由人作為引導(dǎo)和主導(dǎo)枝捷。

我還希望雙臂機(jī)器人要具備什么性能？它的力度要小奋完，剛度要節(jié)偶宽藏。那么它能不能達(dá)到最極致的位置慰适？也就是說，性能達(dá)到一個臨界點(diǎn)闺撩。我們的雙臂機(jī)器人做到了這一點(diǎn)饺斧，將力度達(dá)到最小，也實(shí)現(xiàn)了完全的節(jié)偶娩鬼。理論應(yīng)該有一種協(xié)作機(jī)器人靈巧性的指標(biāo)读囤，而且這個指標(biāo)和過去人們沿用的普通機(jī)械臂靈巧性的指標(biāo)是有所區(qū)別的。

我們的控制是結(jié)合時間軌跡和狀態(tài)軌跡佣盒，一個臂跟著另一個臂動作的控制方法挎袜。我們要把閉環(huán)系統(tǒng)的帶寬極致化、最大化肥惭，要用用戶來引導(dǎo)單臂和雙臂的操作盯仪，兩個臂之間協(xié)同操作、機(jī)械和人之間的協(xié)同操作蜜葱。這個集中點(diǎn)已經(jīng)從一個機(jī)械臂的一個末端改為兩個機(jī)械臂的末端全景，讓機(jī)械臂和人的手進(jìn)行接觸，除此之外牵囤，還有不可預(yù)測的人和機(jī)器人的接觸爸黄。

WEE Control就是力作用在這個機(jī)器人的末端，引入了機(jī)械臂的運(yùn)動揭鳞，它一定要滿足兩個條件：第一炕贵，臂要非常柔軟；第二汹桦。臂的阻尼是完全節(jié)偶的鲁驶。這兩點(diǎn)，我們都做到了舞骆。

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的全方位應(yīng)用

那么憾顿，這個機(jī)器人系統(tǒng)有什么應(yīng)用呢？我們到深圳和其它地方做了很接近的調(diào)查相彼，當(dāng)時我看到這些應(yīng)用的時候非常感慨豺研，因?yàn)槲覀儥C(jī)器人的應(yīng)用真的只是在一個大的領(lǐng)域里面用了一小角，這么多的應(yīng)用都可以用機(jī)器人阔踢，特別是人機(jī)協(xié)作的機(jī)器人做到允逝。

我們了解了一家叫Wave公司，他們在做濾波器蛋昙，就是要調(diào)節(jié)螺栓的高度宵绒，使得它輸出的電頻滿足一定的需要。那么，現(xiàn)在普遍是怎么做的呢浴恐？是工人兩只手在調(diào)咪枷。這個勞動強(qiáng)度是非常高的，而且工人的工資一定要付得很高人家才會來总枢。那么打恕，我們就用雙臂機(jī)器人代替這樣一條測試線，把智能化引入進(jìn)來渠缕，不需要再看熒光屏了鸽素，完全可以靠系統(tǒng)來判斷這個機(jī)器人應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)螺栓的高度。這里有一個關(guān)鍵亦鳞，把第一個螺栓的高度調(diào)好了馍忽，再移到后面幾個螺栓的時候，第一個螺栓的變頻又錯了蚜迅，對于機(jī)器人來說再來一次就可以了舵匾，我期望通過這樣的智能機(jī)器人的引入可以給深圳3C的生產(chǎn)線帶來更多的改進(jìn)俊抵。

下一個十年

現(xiàn)在也有很多實(shí)際上沒有被人們認(rèn)識的機(jī)器人的應(yīng)用谁不，只有這樣雙臂的機(jī)器人才可以處理這樣的柔性負(fù)載，換句話說徽诲，一根繩子一塊布刹帕，一個機(jī)器人一條臂能夠做嗎？而兩條臂就很容易谎替。另外就是模塊化的結(jié)構(gòu)偷溺，我們可以做二十個關(guān)節(jié)的蛇形機(jī)器人，由于機(jī)器人是有很大的冗余度的阅权，就算給了機(jī)器人的本體一個外力作用娱陈，前面的六個自由度都是可以保持完全不變的。我們的控制技術(shù)可以用來改進(jìn)現(xiàn)在傳統(tǒng)機(jī)器人的瓶頸啸需，比方說焊接機(jī)器人的抖動雳誉，如果用模型補(bǔ)償了加速度，這些問題都是可以解決的斯智。我們的下一個夢想就是很快地把WEE更加輕型化各祠，來做和人直接的接觸。

現(xiàn)在服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用多數(shù)還是語言和娛樂附舌，如果我們做直接的接觸渺纯，那么就會在力度控制方面積攢下技術(shù)能力。WEE將會是一個很好的平臺蛉差，特別是當(dāng)它作為一個醫(yī)療機(jī)器人時正蹋，它的精度和靈巧性可以通過更多的臂來展現(xiàn)出來，所以我們要推出中國自主產(chǎn)權(quán)的品牌，來抵抗中國機(jī)器人市場完全被國外品牌所占領(lǐng)钧宠，這將是未來十年的時間內(nèi)非常重要的事情兄存。

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