協作機器人研討會 總結

以下內容為八月6，7日組織召開的廣州協作機器人-前沿與挑戰研討會的技術總結，以及相應的可以轉化的項目介紹與未來市場預期，僅供參考。我們將會從末端執行器，感測器，機器人軟體，安全性與機器人標準等五個方面來探討協作機器人的技術難點與挑戰。更多的演講PPT，將會首發在我們的微信公眾號：武漢庫柏特。

一: 技術總結

1. 末端執行器

作為協作機器人的「最後一厘米」，末端執行器起到至關重要的作用。它是機器人用來與外界進行物理交互的一個直接通道，通常的形式有末端二指夾鉗，末端靈巧手，末端吸盤。

目前在學術上，末端靈巧手的抓取規劃，抓取控制雖然已經有了多年的研究，但是目前多指靈巧手可以做的還十分有限。在現實應用中，吸盤和二指夾鉗還是目前最普遍採用的方式。參見下圖的亞馬遜2015挑戰賽，比賽的前三名基本都是吸盤加二指夾鉗模式。這也從一個側面告訴我們靈巧手離現實應用還是有相當的距離。

如果我們要實現真正的協作機器人，無論是應用角度還是從研究角度，機器人手（Robot Hand）都是一個大的挑戰。來自日本九州大學的機器人手設計與控制專家KenjinTahara教授，做了題目為「多指機器人手的動態靈巧操作」， 著重討論了機器人抓取動力學對我們提升機器人手功能的重要性。

KenjinTahara教授首先從從設計的角度，展示了如何通過給手指末端增加一個自由度來實現一些人手都不可能完成的靈巧操作。他也強調了我們更應該關注機器人手的功能，而不是它的外形。

接著，Kenji Tahara教授介紹了他最新的動態物體操作的工作。不同於單個機械臂操作(Robot Manipulation)， 物體操作由於需要多個手指在很小的工作空間相互配合，而且由於手指末端和物體間存在滑動，造成了我們很難準確的去測量被操作物體的狀態，比如位置和姿態。 Kenji Tahara教授提出了一個虛擬坐標的概念，僅僅利用手指的運動學去估計物體的狀態，而不需要利用大量外部的感測器。這個工作在機器人靈巧操作中是相當具有創新性的，得到了來自包括德國宇航局，美國伯克利機器人組，瑞士聯邦洛桑理工的大量跟進研究。

最後，Kenji Tahara教授展示了如果結合視覺信息來進一步提高對物體狀態的估計。由於視覺的低速率，延遲和遮擋，這類控制器十分難滿足實時要求。在這個工作中，他們非常巧妙的實時控制虛擬坐標，而來自視覺的實際物體信息僅僅用來更新物體的期望狀態。

KenjinTahara教授的整個工作從機械的角度出發，從設計與控制上，對物體操作提出了多方面的創新性工作。整個工作室建立在動力學建模上，但是現實中由於物體，機械手，感測器等等的不確定性，我們很難忽略模型與現實的差距。

為了部分的解決現實與模型的差距，來自瑞士聯邦洛桑理工的李淼博士（武漢庫柏特科技的創始人），在下午做了「感測引導的物體操作的協作應用—設計，控制與學習」的報告。這個報告主要是介紹在物體操作中如果利用學習來幫助設計，規劃，控制。大部分在物體操作或者機器人抓取上的工作，通常只局限於整個問題的某個方面，比如機器人手的設計或者抓取規劃。但是我們不得不承認的是，機器人手操作系統是一個整體，我們必須整體的來解決這個問題。n

但是從整體考慮，有許多的因素是我們需要考慮的。特別的，要實現這一點，我們必須首先弄清楚的問題是，我們要用機器人手做什麼? 即，任務是什麼?!

如下圖，我們在廚房用的機器人手和在車間用的機器人手，顯然是需要不同的特性的。但是如何從這些抽象的任務描述中得到合適的機器人手設計呢？目前，李淼博士在武漢庫柏特與Kenji Tahara教授合作開發的下一代柔性工業機器人手項目，正是要用工業界與學術界結合的方式來解決這個問題。

接著，李淼博士介紹了如何用機器學習來學習機器人手的逆運動學。這個工作講一個複雜的非線性優化問題轉化成了一個高效搜索問題，從而使得我們可以在線的計算最佳的機器人抓取位形。

接下來，在第二部分，李淼博士介紹了如何結合觸覺，來實現動態抓取自適應。這個工作發展了Kenji Tahara教授的虛擬坐標思想，將觸覺信息，虛擬坐標信息，控制策略通過機器學習有機的結合到一起。這樣不僅可以判斷一個抓取是否穩定，而且能夠使得機器人手快速的做出調整。這是第一次真正意義上的動態的閉環抓取。

小結：目前工業上還大量的採用吸盤，二指夾鉗，吸盤與夾鉗都要根據具體的零件而定製，定製周期長，系統集成複雜，末端執行器柔性差。而在學術研究上，大量的研究還停留在力封閉等純幾何/靜力學研究，並且一般也是開環控制為主，還沒有能力實現閉環控制。未來的末端執行器，特別是用在協作機器人上的末端執行器，一定是結合了設計，規劃，控制，學習的智能系統，這一塊還有大量的空間可以去開發挖掘，無論是做研究還是開發工業應用，期待更多的夥伴加入。

接下來會繼續更新其他方面的報告總結，歡迎交流討論！

2. 感測器

3. 機器人軟體

4. 安全性

5. 標準

----------------------------------

更新：

相關slides下載：

https://www.dropbox.com/s/snymyn56gvo0wwd/Kenji_cobot_2016.pdf?dl=0

https://www.dropbox.com/s/imfcfl06chq2gmr/Miao_cobot_2016.pdf?dl=0

http://zkks.w3.kanazawa-u.ac.jp/IROS2016WS/program/

romans