科技猎“遥操作解决方案”亮相WRC2019，因时机器人助力国产核心零部件崛起
文丨倪霞
采访丨余欣婷 倪霞
当国产核心零部件技术创新崛起，中国机器人发展未来可期。
8月20日，一年一度的世界机器人大会在北京亦创国际会展中心如期拉开帷幕。本届大会以“智能新生态，开放新时代”为主题，聚焦全球智能机器人前沿技术与产业发展趋势，通过搭建全球化机器人产业交流平台，推动先进技术与思想交流，为全球机器人产业发展贡献新的智慧，注入新的活力。
同期，世界机器人博览会、世界机器人大赛亦拉开帷幕。在展会中，A馆主要展出了工业机器人与核心零部件，既包括了多关节机器人、协作机器人等最新国内外机器人本体；也展出了新型控制器、减速机、伺服电机、传感器等核心零部件及行业应用的集成解决方案等。
本届博览会的机器人企业，吸引了众多观众的眼球。亿欧新制造在参观完A区工业馆后发现，中国工业机器人企业已经在各自的领域大放异彩， 不仅在产品创新和商用实践方面加快落地，核心零部件技术层面也得到了大幅度提升 。
在众多机器人企业中，一家展出微型伺服驱动器的企业吸引了笔者的关注，手指关节大小的伺服驱动器是怎么做出来的呢？旁边的灵活机器手可以做些什么呢？带着这些疑问，亿欧新制造采访了因时机器人创始人蔡颖鹏。
北京因时机器人科技有限公司成立于2016年5月，定位为机器人核心零部件和智能操作解决方案供应商。公司核心团队来自北航机器人研究所，在机器人领域拥有深厚的技术积累和丰富的产品经验。公司核心产品微型直线伺服驱动器和灵巧手已经成功应用于机器人、假肢、医疗及工业等领域，累计申请数十项国内外发明专利，并获得国家高新技术企业、中关村雏鹰人才企业和中关村金种子企业认定。因时机器人致力于赋予机器人智能化操作能力，让机器人更实用、更智能。此次展会，因时也带来了最新产品“遥操作解决方案”。
工业机器人持续增长，核心零部件仍陷“卡脖子”困境
事实上，自2013年以来，我国就已成为全球最大的机器人消费国，工业机器人多年来稳居世界市场头把交椅。而且，逐年增长的中国工业机器人市场吸引了大批国外机器人头部企业投资进入， 在竞争加剧下，国产机器人必须加强技术创新 。
此外，近几年更多制造企业通过自研或购买机器人来提升企业竞争力。根据IFR报告显示，中国、韩国、日本、美国和德国等国家对工业自动化改造的需求激活了工业机器人市场，促使全球工业机器人使用密度大幅提升，目前在全球制造业领域，工业机器人使用密度已经达到78台/万人。
在此次世界机器人大会开幕式上，工信部长苗圩表示，“2018年中国工业机器人的产量达到了14.8万台套，占全球产量的比重超过了38%。” “2019年上半年，全球机器人市场规模达到144亿美元，而中国机器人市场规模为42.5亿美元。” 中国科协党组书记怀进鹏指出。
由此可见，市场需求拉动下，作为制造业融合创新的重要载体，中国机器人产业正蓬勃发展。在此背景下，各地推动机器换人和自动化技术改造的工业机器人产业加快发展。
然而， 国产机器人发展仍面临许多问题和挑战，其中，核心零部件 “卡脖子”现象尤为严重 。多年来，国内工业机器人的核心部件长期受制于日美欧等国际巨头，依赖进口使得国产机器人成本高昂，在缺乏技术创新情况下，很难发展整机产业以及下游集成应用。
“核心零部件国产化是机器人市场必经阶段，这也是国家重点支持的领域。 伺服电机、减速器和控制器等核心零部件一体化，可能是未来机器人发展新趋势 。”蔡颖鹏表示。
微型直线伺服驱动器，赋予机器人一双“灵巧手”
伺服电机是一种补助马达间接变速装置，可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，相当于工业机器人的“神经系统”。
深谙“神经系统”的重要性，因时创新推出了微型直线伺服驱动器。 “该系统内部集成了空心杯电机、行星减速器、丝杆机构、传感器以及驱动控制器，具有小体积、高功率密度、高重复定位精度的特点。它攻克了小型减速器设计制造工艺、伺服控制技术和小型化集成等多项关键技术，具有很高的技术壁垒。” 蔡颖鹏指出。
事实上，因时微型直线伺服驱动器的LA系列为原有型号，本次展会新发布了LAS、LAF、LASF系列。相比原有型号，由于LAS系列微型直线伺服驱动器的电机和丝杆机构的旋转中心不在一条直线上，通过齿轮传动平行布置，因此 整体长度更短，截面尺寸比LA系列稍 大 。
微型直线伺服驱动器按照功能可以分成标准型和力控型两个系列 ， 标准型 具有前馈补偿的位置闭环控制和定位末端运动规划功能； 力控型 在标准型的基础上，增加了力传感器及相应的信号采集滤波算法，可以检测微型直线伺服驱动器实际的受力情况。
“LA10系列中，整个驱动器尺寸不足成人手指大小，但内部却包含了电机、减速器、丝杆机构、传感器以及驱动控制器等，并且整体重量只有20g，是 目前市面上体积最小、重量最轻的一体化直线伺服系 统 。”蔡颖鹏强调。
事实上，内部集成6个微型直线伺服驱动器（原有型号）和6个压力传感器的因时仿人五指灵巧手在今年1月份就已经上市销售，作为国内首款达到商用级别的量产灵巧手，其已应用于机器人末端执行器、假肢、教育科研装备等。
相比于国外动辄几十万上百万的灵巧手产品，以及国内不少还处于实验室阶段的灵巧手，因时的灵巧手是业内同仁找寻已久的一类产品。因时仿人五指灵巧手具有6个自由度和12个运动关节，结合力为混合控制算法，可以模拟人手实现精准的抓取操作。0.5N的指尖压力分辨率已经可以满足葡萄、豆腐等柔软物体的抓取要求。
应用场景广泛，“遥操作解决方案”首次亮相
一体化伺服驱动单元，使用更加便捷，为机器人、医疗设备、自动化设备的设计开辟了一条新的技术路线，具有非常广泛的应用前景和商业价值。因时的伺服控制系统，主要面向B端机器人企业。
除机器人灵巧手以外，微型直线伺服系统，还能应用在仿生机器人的并联协作、医疗器械的中医诊脉、消费领域的旋转舵机、航模的无人机螺旋桨以及其他骨骼机械手中。
此次展会，因时机器人还展出了最新遥操作机械手。经笔者了解，这其实是一套“遥操作解决方案”，由国内四家机器人公司合作完成。
据展台负责人介绍，整套方案的操控端由 动捕系统 和 力反馈外骨骼机械手 构成，可以采集到人体双臂位置信息以及手指的握力信息，并将机器人端的实际受力情况反馈到外骨骼机械手，实现力感知与力传递；机器人端由移动底盘、双臂协作机器人和灵巧手构成，可以在自主运动和远程遥控两种工作模式进行切换。
事实上， 力感知 和 力控制 是实现遥操作过程中最为重要的一环。就现阶段而言，由于环境感知、物体识别定位，以及决策、规划、控制技术尚未成熟，机器人在大多数环境下还无法实现完全自主决策和自主操作。因此，人机协作遥操作不失为当前技术发展阶段的一个有效方案。
“此次展出的外骨骼机械手，是穿戴式机械手产品，当手臂上的外骨骼传感器检测到手指姿态的信号，会将其传输给双臂机器人末端的灵巧手，从而实现动作同步。”蔡颖鹏告诉记者。
因时机器人立足微型直线伺服驱动器，赋予了原本坚硬的机器人更多想象。机器人“灵巧手”、“骨骼手”的展出，不仅是国产机器人产业的进步，更代表着国内核心零部件在创新技术发展走出的坚实一步，因时机器人跨出的“一小步”，也是中国机器人核心零部件跨出的一大步。
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机器人被誉为“制造业皇冠的明珠”，作为机器人产业聚集地的大湾区，利用高新技术、高效资本等优势，推动了我国机器人事业前进，备受全国瞩目。为了洞悉机器人发展态势，促进大湾区机器人产业融合共生， 2019年08月22日下午 ，在北京市人民政府、工业与信息化部和中国科学技术协会等机构指导下，由亿欧公司主办的 大湾区机器人生态协同发展论坛 ，将以“融合共生·迭代加速”为主题，在 北京市亦创国际会展中心 拉开序幕。在本次大会中，业界大咖将聚焦机器人的 新技术 、 新场景 、 新资本 和 新模式 等亮点，发表主题演讲并进行圆桌讨论，深入解读大湾区生态环境，从“新”定义大湾区机器人，共同探讨大湾区机器人的 创新融合发展之道 。
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