采用智能柔性执行器SCA搭建而成的智能柔性服务机器人 ， 全身共34个自由度 ， 即34个关节 。 受访者供图
智能柔性执行器SCA ， 其具有高度集成、高精度、总线控制、柔性功能、低成本等特点 。
受访者供图
机器人会端茶倒水、导航引路、跳舞、答疑解惑……近日召开的2019世界机器人大会 ， 让观众再次惊叹 ， 越来越多更灵活、更智能的服务机器人正来到我们身边 ， 人机共存的智能时代加速来临 。
和人一样 ， 决定机器人灵活度的是关节 。 此次机器人大会上 ， 前沿驱动（北京）技术有限公司的INNFOS研发团队带来的历经数年自主研发的全系列智能柔性执行器SCA（Smart Compliant Actuator） ， 以及基于该技术的两款产品吸引了极大关注 。
智能柔性执行器一直是机器人 ， 尤其是服务机器人研发生产的难点 。 SCA是如何攻克这一难题的 ， 该技术究竟有何过人之处？
柔性关节制约我国服务机器人发展
智能柔性执行器 ， 即柔性关节对机器人的重要性不言而喻 。 机器人的所有动作都离不开关节 。
“业界根据人的肌肉和骨骼模拟出机器人关节的自由度 ， 通常我们所说的多少个自由度就是多少个关节 ， 比如工厂里机四轴机械臂 ， 其中的一轴就是一个关节 。 ”INNFOS联合创始人朱梓鸣解释道 ， 对一台机器人来说 ， 关节成本占硬件总成本的70%以上 。
而且服务机器人与工业机器人对关节的要求又大为不同 。
朱梓鸣介绍道 ， 工业机器人要求长久稳定性 ， 对灵活性和自适应性要求不高 ， “它们只需要按照规划好的路径运动就可以 ， 不用有很多的变化 。 而服务机器人则不同 ， 行走、运动等功能自然对关节的灵活性要求极高 。 所以工业机器人的关节大多是刚性执行器 ， 而服务机器人则需要智能柔性执行器” 。
此前最知名的人形机器人来自波士顿动力 。 早在2017年 ， 该公司机器人的一段跳跃、旋转、后空翻的视频惊艳了整个机器人圈 。 大家纷纷感叹 ， 这个机器人的关节也太灵活了 。
但这并不意味着智能柔性关节已经不是问题 。 恰恰相反 ， “据我们了解 ， 目前国际上大概只有三四家掌握智能柔性关节技术 ， 其中波士顿动力的技术不公开 ， MASA同样也不公开对民用开放 。 ”朱梓鸣说 。
正因如此 ， 截至目前 ， 工业机器人大多采用体积大、刚性强的传统伺服系统 ， 而服务机器人由于身形限制 ， 无法使用传统伺服 ， 只能勉强装备更多用于航模、玩具等开发的舵机 。
“舵机故障率高、噪音大 ， 不够智能 ， 这也是为什么我们老感觉目前服务机器人总有些笨笨的感觉 。 ”朱梓鸣说 ， 缺少高性能柔性关节成为服务机器人发展的一大障碍 。
“所以我们从头做起 ， 花了7年时间 ， 研发出了智能柔性执行器SCA 。 ”朱梓鸣说 。
技术秘诀在于核心动力系统集成
简单来说 ， 出现在此次大会上的智能柔性执行器SCA ， 将传统工业伺服系统做到了舵机大小 ， 并兼顾了两者优点 。 “将工业伺服系统应用于服务机器人 ， 要解决的核心难题就是如何在不牺牲性能的情况下 ， 将其缩小到适用于服务机器人的体积 。 ”朱梓鸣说 。
工业伺服系统包括电机、驱动器、减速器、编码器等核心元件 ， 如何将这些原本独立的元器件集成到一起 ， 就像将很多芯片集成到一块电路板上一样？答案是从底层做起 ， 研发能各自匹配发挥出最大效率的电机、驱动器等 。
“首先 ， 我们选择了超薄外转子电机 ， 这种电机可以做得很扁平 ， 以前应用领域比较小 ， 没有大规模生产 ， 但我们通过研究发现它的扁平化特征很适合用来做集成的执行器 。 ”朱梓鸣说 。
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