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机器人研发的难点与创新

发布人: 菠菜导航网站 来源: 菠菜导航登录 发布时间: 2020-07-28 14:38

  最近在召开的“国际机器人与自动化大会”(ICRA)向展示了该领域最新的设计和创意,从飞行运输、环保检测、工业制造到休闲生活娱乐,形形色色的机器人几乎覆盖了生产生活的各个领域。

  不过,外行看热闹,内行看门道。美国电气与电子工程师协会(IEEEE)《光谱》从专业角度,介绍了会展中的20种机器人技术,设计重点在于以创新方案解决目前机器人应用中的一些难题,主要集中在控制、传感、驱动、操作、抓握、义肢、人形机平衡、外骨骼、飞行取物、人工智能、虚拟现实、组织微型机器人团队等方面。

  对于那些要在现实世界中长时间工作的触觉机器人系统来说,能自动纠错校准是其保持长期稳定的前提,Bellabot就是这类机器人。它像个由许多“眼球”组成的大“复眼”,每个“眼球”伸出一根仿生触须,由电动人造肌肉驱动,通过摄像机提供视觉错误反馈,还有一个标准的工业机器人操作台。

  研究人员给它安装了模拟小脑功能的适应性过滤模型,通过视觉触须传感图来校准操作误差,提高机器人定向运动的精确度。操作容错度或传感阵列损害都可能造成图像缺陷,Bellabot能通过学习算法不断调整传感图中的缺陷。

  人类脊椎由韧带、椎间盘和肌肉来保持稳定性,强度高且转动灵活,模仿这样的性能有利于机器人在未知中保持机械稳定性。为此,研究人员提出一种基于有机硅和筋线来驱动的连续机制。

  这种机制可用作机器人的颈部或躯干,更多集中在颈部。为了验证各项功能,研究人员设计了一个多度样机,通过弹性筋线模拟人类颈部运动,有助于将来设计机器人颈椎,还可作为一种测试平台,开发类似机械的控制方案。

  这是个由许多小机器人组成的团队。研究人员提出了一种简单的统计模型,能预测团队的总体最大拉力,估算每个小机器昆虫与地面互动的功能总和,比如在地面跑或走。

  他们通过实验检测了三个团队,一种是以刚毛推进的小爬虫,一种是会慢走和快跑的6脚小昆虫,还有一种通过两个轮子运动的17克重微型多足机器人μTug,它们能共同承担重负荷。比如每个μTug能在自身内运作,6个一组产生的拉力就能超过200牛顿。

  这是一种由聚合物材料制造、筋线驱动的可穿戴机器手套,目前可套在拇指、食指、中指和手腕上,也叫做外手套体(Exo-Glove Poly)。在设计和制造上,这种外手套体还能根据不同人手的大小做调整,使用者不受伤,而且透气性好,能嵌入特氟龙管来装置线。

  它有两个马达,一个在拇指,另一个在食指或中指。研究人员让一个健康志愿者做抓握实验,测试手套的机械性能,通过连接型压力传感器和驱动机制,能抓握不同形状和大小的物体。

  有腿的仿人机器人要能执行多种任务。它们要能与互动,遇到外部障碍时能扭转身体,同时还要保持稳定协调的平衡。

  为此,研究人员提出一种新的控制方法,把多级别控制和平衡结合。他们在仿人机器人TORO身上模拟了这种方法。为了达到恰当平衡,先把所有的任务力/力矩分配到终端受动器,然后按照任务级别映射到连接空间。

  研究人员给这款飞行机器人安装了他们的专利技术——自动紧密吸盘,同时考虑了负载真空泵等因素,解决了多模式飞行取物的难题。利用吸附原理和局部接触拉力,以被动驱动的方式抓取不同形状的物体。这种自动吸附“抓手”还能用一个或多个吸盘,让飞行器在抓取携带物体方面变得“多才多艺”,比如先抓住一个不放,然后再抓第二个。

  研究人员指出,飞行器一般对重量非常,他们用了微泵真空发生器,但这给系统带来了新的挑战。为了克服这些难题,他们测试了吸盘设计有无任何漏缝、驱动力、最大抓握力,还测试了每个“抓手”零件的性能、飞行器把力道传递给吸盘的能力、系统吸附倾斜表面的能力,最后测试了飞行器用多个吸盘抓取多个物体的能力。

  TransHumUs出现在最近举行的第56届威尼斯双年展上,是游荡在法国馆和绿堡公园的三棵会动的松树,原意是将树木从其固定的根部,展现生命的力量。

  TransHumUs证明了先进的移动机器人技术还能对当代艺术发展做出贡献。在此次机器会上,研究人员从技术角度了如何让松树移动。其难点在于设计初始的机器平台,让树木能根据自身的新陈代谢移动。

  用机器人来进行移动绘图时,要生成交互式静态地图会受到临时出现的物体干扰,如过往车辆、行人、自行车等。对此,研究人员的解决方案是利用一系列激光点云,填充移动物体在现场造成的浓密阴影空缺。对于那种资源受限,只允许单向映射绘图的特殊地方,这种场景工具非常有价值。

  研究人员利用一种复杂的专业TSDF函数在三维像素网格中处理激光扫描,然后用总变量(TV)调整因子结合一种专业术语的数据,插入丢失的表面图形。研究人员称,这项技术能填充约20平方米被移动物体而丢失的面积,重建后误差范围为5.64到9.24厘米。

  虽然目前这个机器手臂只有3根手指,但每个手指能运动,极其灵活。研究人员利用装在指尖的类传感器,设计了一种集成控制的机器手臂,将手指、手和手臂结合成一个控制整体,能用抓取目标给指尖定位,迅速控制整个手臂的和姿势。

  当手的和姿势出错,无法只通过指尖运动控制时,可以通过手臂来调整错误,变得更平衡后跟随指尖抓取目标。这种设计可防止抓取失败的情况,比如抓物体时却把目标碰到一边,或者把物体碰翻在地。控制手臂和手还能矫正几厘米的误差,比如放在工作台上的某个物体,其相对于机器手臂是不确定的,可以装上像Kinect那样廉价的光学传感器,只需提供较粗略的图像数据,就能让它抓住目标。

  这种手持机器臂是一种新的6-DoF(六度)电缆驱动任务操作杆。利用一对结合的筋腱,让机器臂的运动模式基本实现了最优化,拥有最大的速度和最大的空间配置,同时减小了手臂的总体质量。

  逆向运动学方案是把6-DoF问题分成了2个3-DoF问题,逐级分解再把结果合并,展示的机器臂有一个关节是冗余的,其实是一种5-DoF方案。这种空间挖掘式设计最终使整体结构强度最大,而连接关节质量最小。这种设计还能改善非手持式筋线操作杆,把每个度所需的驱动器减少到1个。它可用于环控制,帮机器人更容易接近目标。

  在外骨骼设备中,控制板能提高弹簧或驱动器的性能。研究人员设计了一种质量轻、耗电少的控制板,用来控制外骨骼脚踝部位的弹簧。这种控制板是两张薄薄的电极片,涂有一层介质材料,通过静电吸附在一起。每片仅重1.5克,可承受100牛顿的力,能在不到30毫秒内改变状态。

  研究人员把控制板和弹簧在一起,每个控制弹簧重26克,再将多个弹簧并联,可以分别调整它们的硬度。通过调整弹簧数量,系统可以产生6个级别的硬度,力度从14到501牛顿。

  这是一种用在自动缝纫系统中的新型控制方法,能控制缝纫单位的给料,帮助缝纫机匹配布料边角部分,适应材料形状的不确定和长度变化。利用这种控制方法,可以通过端点检测,控制上下两部分的给料速度,使两块布料保持对等。研究人员同时还提出了不同的矫正误差方案,并进行了实验。

  这是一款利用虚拟现实(VR)或增强现实(AR)眼镜执行定位操作的解决方案。在这一设计中,研究人员解决了如何提供信息反馈,引导手持机器臂完成空间定位的任务。把前面介绍的6-DoF或5-DoF手持式机器臂和VR或AR立体眼镜结合,眼镜视域中会出现一个箭头标记,人工操作杆和机器臂应该到达的,通过比较实验,用机器臂定位操作比人工操作杆效果更好。

  这款人工智能模型利用机器学习算法不断探索人类标签数据库,通过5万次抓取实验,训练神经网络(CNN)预测抓取,选择抓取特定的目标物体。

  在以往用于触觉和柔软机器人中的颗粒胶体设备中,形状变化通常由人来直接控制,是式的。研究人员展示的新型触觉胶体表面,由12块排列在一起的胶体单位组成,能统一改变形状和力学性质。他们设计了一种新算法,在这种触觉胶体表面上测试了三种驱动命令,并通过传感器提供的深度图,闭控制的形状变化。

  SoRo-Track模型是一种双轴的柔软机器人驱动器(SRA),可以像向日葵那样随阳光改变方向,作为一种自动调节的光伏太阳能电池支持平台,并能与建筑物结合在一起。

  研究人员指出,与传统驱动器,如直流马达、水压发动机或气压活塞相比,SRA系统越来越受欢迎,其品质柔软、形态简单、功率重量比高、抗干扰性强,能适应外部振动和不利条件,而且设计灵活,容易调节,成本较低。

  旋转镜是一种新型光学高速器,克服了以往高速器视野范围(小于60°)的。最新一款称为旋镜3,由3个自动旋转镜组成,能实现超广角,理论视野范围达到360°。

  根据这一机制开发的旋镜3样机,平面方向的实际视野范围超过260°,能在10毫秒内快速反应。此外,样机结合了1000英尺/秒的高速视觉系统,能实现高速。研究人员专门开发了视觉算法,能毫不费力地抓拍到被两个人打来打去的乒乓球。

  研究人员通过静态力和力矩分析,设计了一种6个度的新式飞行器,外观是一个立方体框架,内部合理地排布着8个螺旋桨,使飞行器的灵活度达到最大。它不仅能在空中平稳地上下飞行,前后旋转,还能自己前后翻滚,左右自旋。

  通过电磁驱动系统控制的微型机器人,在生物医疗和微流设备中有着广阔应用前景。研究人员设计了一种磁控装置样机,由8个较大的旋转永磁体组成阵列,能以5个度精确遥控简单的无绳微磁体,精确程度达到亚毫米级。在演示中,这一系统能产生任意方向的场和梯度场,控制250微米的微磁体按任务径运动,精确度达到39微米。

  这种机器人能做出滑稽夸张的动作,逗人发笑,有望用来预防或治疗疾病。研究人员指出,笑很难成为一种有效的医疗方法,因为人们至今尚未完全理解笑的机制。非语言的滑稽表演可能超越文化和语言,因此逗笑机器人有助于人们为何会发笑。

  研究人员对喜剧演员的夸张动作进行了专门计算,提出一种人形手臂设计,拥有灵活的轻质关节,通过双发动机驱动,能在广阔空间迅速挥舞运动。

  志愿者到达会议室后被要求填写一份关于机器人的问卷,读一篇与实验无关的文章。正当他们做这些事情时,研究人员在会议室门外制造烟雾,触发火警。 志愿者打开会议室门时只看到机器人在场,之后全部随机器人去了错误的逃生方向。

  金仁宝集团在东莞的电子产品生产车间变成了机器人的世界。“从去年开始机器人市场似乎一下子便火爆了起来,”邓邱伟告诉经济观察报,2013年起,他的名片抬头加上了“雷柏机器人总经理”的称谓。

  此外,在服务机器人产品方面,我国在清洁机器人、医疗康复机器人、烹饪机器人、教育娱乐机器人、自平衡双轮移动机器人。

  截至12月15日,超额收益仍然超过300%。面对新兴机器人产业指数,即使创业板指数也是表现逊色。数据显示,机器人产业指数跑赢创业板指数200%以上。 机器人产业从产业链划分,有核心零部件、设备制造商、行业应用三个部分;机器人产业从应用领域划分,有工业机器人和服务机器人两个部分。

  《上海证券报》报道称,为了引导机器人产业由大变强,《规划》还提出了今后五年中国机器人产业的主要发展方向,包括加强基础理论和共性技术研究、提升自主品牌机器人和关键零部件的产业化能力、推进工业机器人和服务机器人的应用示范、建立完善机器人的试验验证和标准体系建设等。 但徐扬生在采访中对时代周报记者表示了对于国内机器人行业研发力量的担忧——国内机器人技术向世界水平的追赶需要大量的基础研究和。

  《上海证券报》报道称,为了引导机器人产业由大变强,《规划》还提出了今后五年中国机器人产业的主要发展方向,包括加强基础理论和共性技术研究、提升自主品牌机器人和关键零部件的产业化能力、推进工业机器人和服务机器人的应用示范、建立完善机器人的试验验证和标准体系建设等。 但徐扬生在采访中对时代周报记者表示了对于国内机器人行业研发力量的担忧――国内机器人技术向世界水平的追赶需要大量的基础研究和。

  但国际机器人及智能装备产业联盟首席执行官罗军认为,这样做的弊端也非常明显:首先由于国内机器人企业缺乏竞争力,在大量推广使用“机器换人”计划中反而被边缘化,进一步挤压国内机器人企业的空间;其次,由于机器换人计划与扶持本土机器人政策脱节,机器换完了,当地的机器人。

  目前我国已成为全球最大的机器人市场,但《经济参考报》记者近期在多地调研发现,有些地方盲目规划、上马机器人产业园,带动企业、资本一哄而上,产能过剩、高端产业低端化等隐忧已经初步。业内人士表示,各地“有形之手”切忌越俎代庖,避免助推新兴机器人产业出现“泡沫”。

  “新三板+H”模式落地为资本市场对外揭开新篇章,为提升新三板市场管理水平和能力带来机遇。

  港交所与股转的合作可参考沪港通、深港通的模式,预计今年6月7月将出现首批合资格三板企业上市。

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