個人觀點,歡迎來拍。

1.創新點

  • 精確力控

精確力控的功能有兩個:一是能夠實現安全的人機交互,對碰撞能夠精確檢測,保證安全性;二是能夠實現拖動示教操作,輔助編程軟體能夠提高編程效率。

franka的力控技術繼承自DLR,並且在輕量級機械臂(3KG)上發揚光大,能夠在極端情況下實現精確的碰撞檢測(包括持刀扎肉,持釘扎氣球等),創始人Sami自己本身對碰撞檢測就有很深的研究,2017年2月Sami還投了一篇綜述類文章:Robot Collisions: A Survey on Detection, Isolation, and Identification.

  • 編程界面

如果想對franka機械臂編程,他們提供兩種方式:一種是用圖形化拖動不同功能模塊組合的方式;第二種是傳統的調用API方式(libfranka: C++ library for Franka Emika research robots)

第一種方式其實在教育機器人上早已出現,目的是為了降低兒童編程的難度提高兒童興趣,國內估計出現的時間應該是在2005年左右,那時候開始國內機器人比賽發展的如火如荼,這種編程方法更加直觀簡單,用戶可以直接運行單個模塊來理解代碼;缺點是執行效率難以優化。

第二種方法就是學術界和工業界常用的編程式控制制方式。

總的來說franka的編程方式在易上手性和可玩性方面是優於師祖KUKA的iiwa機械臂的,iiwa還是近似工業機器人的思路,一個正統的smartPAD示教器,可以運行用Sunrise.Workbench編寫好的運動代碼。(本來想粘兩張示意圖上來,結果發現文檔前面不允許披露給第三方····大公司真是夠謹慎和封閉的)

而franka是可以很容易的和學術界常用的ROS鏈接使用,開放型遠強於iiwa,也沒那麼封閉,很多材料都是放在網上的。

另外,franka也把API公開放在網上,也有一些example可以供學習理解franka的控制思路:libfranka: C++ library for Franka Emika research robots 個人覺得還是很值得看一看的。

franka 層級示意圖

2.關鍵技術

創新點一般都要有關鍵技術來支持。

追根溯源的說,franka力控的關鍵技術是全狀態反饋控制器(full state feedback controller),將位置、速度、力矩、力矩導數等4種信息(當然,其實就是位置信息和力矩信息,其他兩個差分得到)都放在關節控制器裡面做控制;franka引以為傲的碰撞安全和拖動性能都是以這個點為核心展開的。

這部分franka是沒有開放給用戶的,不過個人覺得一方面確實沒必要開放,另一方面這個理論和技術確實是門檻,包括力矩感測器、動力學建模、增益參數設置等等;這裡就不介紹太詳細了,公式寫出來一般也是很難理解透的,必須得配合實際調試才能理解透,我也是花了不少時間讀文獻加調試才理解個大概。

我目前的評價是:通過引入力矩感測器,設計的全狀態反饋控制器能夠很好的實現柔順控制,其反驅效果不亞於用絲傳動設計的WAM、Mako、da Vinci一代機器人等經典機械臂(美國方案),美國人和德國人在力控這條路上分別走了不同的路,感覺對比起來美國人更喜歡直接簡單粗暴的方法,而德國人則願意設計一套複雜的系統來實現目標(讓我想起了美軍的謝爾曼坦克和德軍的虎式坦克)。

3.發展方向

即使是新技術,也必須要找到真正的需求點,比如說語音智能之前一直在死磕手機端(到現在我用的最多的也是讓siri給我定個5分鐘後的鬧鐘····),最後亞馬遜發現智能音響是個突破口;無人機應用最早也是百花齊放,最後爆發點在航拍,也就是會飛的相機。

現在也很難看清franka下一代會往什麼方向發展,畢竟還沒看到有出貨量巨大的協作/服務機械臂出現。

考慮到服務機器人和協作機器人在純控制領域有很大的重合度(力控,智能交互,多感測器融合等,當然服務機器人對於智能的需求更高一籌),我覺得人形服務機器人可能會在中國觸發突破,畢竟這種大型人形機器人能在中國深圳做到非常便宜,而且養老的需求對於中國獨生子女們迫在眉睫。

家庭服務養老的市場,目前基本上是藍海,誰擁有先進的技術,誰就能先下海摸魚。

左:Cruzer 右:Walker
左:Cassie 右:Digit

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