首页 > 应用 配天机器人：将机械臂控制技术带入智能机器人 军工资源网 2022年05月24日 在2021年度特种机器人产业链“揭榜”推进活动中，配天机器人携“臂足协同控制算法”获得优秀方案。成立于2010年的配天机器人历经10余年的技术积淀与创新，完成了工业机器人本体、控制系统、伺服系统、机器视觉与仿真软件等软硬件产品的自主研发，实现了工业机器人的核心技术自主可控与产品的规模化生产，为“十年寒窗”交上了满意的答卷。在工业机器人发展如火如荼的2021年，配天机器人成立了智能机器人事业部，瞄准机器人非标应用场景，用智能化开启下一个十年。2021年，配天机器人的出货量超过3000套，在疫情影响产业链供货短缺的情况下实现了出货量同比增长50%以上，成为国产工业机器人圈内的一道靓丽风景线。 熟悉国产工业机器人领域的人，对配天机器人或许并不陌生。这家创立于2010年的工业机器人公司被业内喻为“机器人行业黄埔军校”。彼时，正值移动互联网兴起，全国3G网用户尚未超过四千万，孙尚传将目光瞄准在国内尚且“荒芜”的工业机器人市场，找来一伙清华北大的高材生“坐工业科技的冷板凳”，带领团队从攻破机器人核心零部件技术开始做起。▍专注机器人核心零部件技术自主研发 孙尚传作为深圳市大富科技股份有限公司董事长，曾用十年时间带领大富科技成为全球最大的移动基站核心部件滤波器设计制造商，生产的滤波器70%由华为采购使用，是产业链上关键环节的“隐形冠军”。工业机器人是制造业重要的生产资料，看到国内与工业机器人四大家族（安川、发那科、库卡、ABB）的技术鸿沟，孙尚传决定投资筹建配天机器人北京研发中心，专注工业机器人核心零部件的技术研究，在核心技术自主化这条冷板凳上一坐便是十年。 2022年，配天工业机器人的产品已覆盖涵六轴工业机器人和SCARA工业机器人的近20款产品型号，其中六轴工业机器人负载规格从3KG到165KG，三款SCARA机器人也在2021年进入了量产阶段。目前，除了减速器需要外购外，配天机器人实现了伺服驱动器、伺服电机、控制系统、本体等全部技术自研，是目前全球工业机器人领域自研技术掌握程度最高的企业，产品的速度、精度、功能直追四大家族进口品牌。当前，配天机器人的机器人本体和系统集成所占的业务比例在80%以上。2021年，配天机器人决定成立“智能机器人”事业部，总经理索利洋表示：“智能机器人事业部主要负责定制化、对智能化要求较高的前瞻性产品研制。工业机器人市场很小，未来如果机器人进入老百姓的生活，市场规模将比工业机器人大上几百倍甚至上万倍，所以智能机器人事业部在配天内的比重将会越来越大。”从工业机器人领域迈入智能机器人领域，配天机器人有自己的独特优势。▍实现机器人“鸡头稳定”智能机器人与工业机器人最重要的区别在于前者主要在日常生活中完成具体任务，因此是否能够顺利完成任务是评判智能机器人好坏的直观标准。 智能机器人通常由移动底盘和上装机械臂组成，移动底盘是“脚”，机械臂是“手”。“鸡头稳定”是一种描述机器人末端机械臂稳定性的仿生概念。当人们抓起一只鸡时，无论如何晃动鸡的身体，鸡头总能在原来位置保持不动。迁移到机器人末端机械臂操作场景时，机械臂末端操作执行是否稳定对机器人工作完成的质量至关重要。 以上装机械臂的四足机械狗抓取物品为例，实现鸡头稳定需要在机械狗的身体上装好IMU传感器，通过传感器数据实时检测机器人的身体姿态，根据机器狗的姿态数据去调整机械臂的运动。通过臂足协同控制技术实现机器人在动态行走过程中机械臂的末端位姿稳定。 配天机器人在机械臂控制领域开展了十余年的技术攻关积累，算法负责人叶根讲到：“鸡头稳定要求动态跟踪机器人本体或机械臂底座的实时位姿变化，同时输入期望的机械臂末端位姿，在插补器中通过机械臂运动学逆解计算各轴位置并控制机械臂运动，从而实现机械臂的鸡头稳定功能。” 但是在臂足协同过程中也存在很多难点，例如数据传输存在延迟。团队对于这种引入的精度误差设计了补偿算法。在算法中建立机械臂底座位姿跟踪模块、末端位姿跟踪模块、位姿逆解补偿模块。机械臂底座位姿跟踪模块和末端位姿跟踪模块通过软件接口获取实时底座位姿和期望末端位姿，进行滤波和补偿处理从而减少因噪声引起的抖动和因数据传输引起延迟。 ▍臂足协同控制——机器狗摔倒恢复 除了机械臂末端稳定性，在行走过程中四足机器狗也容易因为重心偏移而发生摔倒，臂足协同控制技术在帮助机器人实现摔倒恢复中也发挥着重要能力。 机器狗的摔倒问题大致可以分为三种情况：预防摔倒、即将摔倒和已经摔倒。首先需要考虑如何让机器狗尽量不摔倒，再考虑如何将已经摔倒的机器狗损坏程度降到最小。 通常机器狗身上安装IMU传感器以检测身体的倾覆情况。如果机器狗侧偏程度在可控范围内，可以通过臂足协同策略，调节机械手臂重新稳定重心；当机器狗已经摔倒时，团队为机器狗设计了收回手臂策略，降低磕碰程度以减少损失。经过团队测试，目前在40度斜坡上机器狗的摔倒恢复率可达到95%以上。 2021年配天成立了AI实验室，搭建强化学习等训练平台以不断加强复合机器人的智能化研究。深度学习或者强化学习相关的人工智能技术能够帮助机器人更好的适应非标准化环境。叶根表示，配天AI实验室将通过基于模型的控制算法，实现AI算法和传统算法相结合，提高运动学、动力学模型精度；通过专业设备示教、手机通用设备示教、自主路径规划、自主学习、自主抓取和任务级编程，将智能算法应用于机器人控制、示教、交互等各个方面，专注精度速度和易用性两大方向，提升产品易用性，促进人与机器的无障碍沟通。
