弗蘭卡：安全又可自我復制的機械手

秦雪/編譯

弗蘭卡：安全又可自我復制的機械手

秦雪/編譯

●不會傷害人類同事的可信任的工業機器人正在向我們走來……

薩米·哈達丁（Sami 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計的觸感應控制方案。他想知道，當刀刃接觸到他的皮肉時，是否能夠立即阻止機器人的進一步動作。實驗結果如他所愿。

如今哈達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雜和昂貴的系統中。2017年，哈達丁在德國慕尼黑的創業公司弗蘭卡·艾米卡（Franka Emika）計劃推出一款更先進的機械手臂，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，傳統工業機器人都有一定的危險性，因此通常被安置在籠格內，而這款機械手臂可以與人類工人并肩站立，協助他們工作，不用擔心會有被機器人傷害的風險。更神奇的是，這款機器人還能夠自我復制。

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，哈達丁解釋道。像弗蘭卡這樣的機械手臂，是一種能與工人協同工作的機器人系統，通常被稱為協作機器人（cobot），是機器人市場增長速度最快的一個細分市場，全球銷售額2016年為1億美元。根據一項估計，5年后將飆升到33億美元以上。

所有的大型工業機器人制造商都在研發自己的協作機器人，但大部分創新設計都來自初創公司。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。目前在協作機器人領域占據支配地位的是丹麥通用機器人公司，每年出廠的機器人達數千臺。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以及其他想要進軍這個市場的投資者。

哈達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，包括鉆孔、車削螺紋、磨光拋光，特別是電子產品制造商一直想要實現自動化的各種檢驗和裝配任務。

弗蘭卡比通常意義上的機械手臂擁有更多的靈活性，因為它是一款轉矩控制的機器人，使用應變儀來測量所有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，大多數工業機器人根本沒有任何的力度感知能力，這也是傳統機器人會對邊上操作工人構成威脅的原因，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·哈達丁（左）的目標是開發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

轉矩控制的先決條件之一是需要極為詳盡的機器人動力學模型，即使是最微小的影響因素也都要考慮到并反復推敲，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行轉矩控制，但如果對照模型關閉，對機器手臂的控制也同時關閉。

但哈達丁不是將其視為一個障礙而是視為一種優勢。轉矩控制機器人的先驅者、哈達丁的導師之一、德國航空航天中心機器人技術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2016年的工業機器人銷售量估計，亞洲，尤其是中國、韓國和日本在這一市場中占據主導地位

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，協作機器人所面臨的主要挑戰不僅是硬件，還包括讓非專業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。”這是弗蘭卡還需要進一步證明自身的一個方面。

哈達丁說他的公司致力于機器人本身設計的同時，對于相應軟件的開發也投入了很大的關注。用戶可以通過預先編程的機器人動作程序，在觸摸屏上點擊設定，重新為機器人編程。如果你為一臺弗蘭卡創建了某個程序項目，還可以通過“云服務”復制到更多的弗蘭卡機器臂上。

但也許哈達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。在量產初期，這款機器人可以完成約80%的工作，但哈達丁堅持認為，我們的目標是100%的自動化。展望未來，哈達丁設想可將作為移動機器人工廠的集裝箱送往世界各地。“集裝箱內是可以創建出更多弗蘭卡的弗蘭卡。”他說。

可以自我復制的機器人會大量出現在世界各地嗎？無論怎么說，這可能都是一件好事，哈達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，專注機器人領域科技報道，曾四獲尼爾獎。