2016年機(jī)器人行業(yè)20項(xiàng)前沿技術(shù)盤點(diǎn)

　　6.多模式飛行取物——帶自動(dòng)吸盤的飛行器

　　研究人員給這款飛行機(jī)器人安裝了他們的專利技術(shù)——自動(dòng)緊密吸盤，同時(shí)考慮了負(fù)載真空泵等因素，解決了多模式飛行取物的難題。利用吸附原理和局部接觸拉力，以被動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式抓取不同形狀的物體。這種自動(dòng)吸附“抓手”還能用一個(gè)或多個(gè)吸盤，讓飛行器在抓取攜帶物體方面變得“多才多藝”，比如先抓住一個(gè)不放，然后再抓第二個(gè)。

　　研究人員指出，飛行器一般對(duì)重量限制非常敏感，他們用了微泵真空發(fā)生器，但這給系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。為了克服這些難題，他們測(cè)試了吸盤設(shè)計(jì)有無任何漏縫、驅(qū)動(dòng)力、最大抓握力，還測(cè)試了每個(gè)“抓手”零件的性能、飛行器把力道傳遞給吸盤的能力、系統(tǒng)吸附傾斜表面的能力，最后測(cè)試了飛行器用多個(gè)吸盤抓取多個(gè)物體的能力。

　　7.能自行移動(dòng)的“松樹”——TransHumUs移動(dòng)機(jī)器平臺(tái)

　　TransHumUs出現(xiàn)在最近舉行的第56屆威尼斯雙年展上，是游蕩在法國(guó)館和綠堡公園的三棵會(huì)動(dòng)的松樹，原意是將樹木從其固定的根部釋放，展現(xiàn)自由生命的力量。

　　TransHumUs證明了先進(jìn)的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)還能對(duì)當(dāng)代藝術(shù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在此次機(jī)器人大會(huì)上，研究人員從技術(shù)角度揭示了如何讓松樹自由移動(dòng)。其難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)初始的機(jī)器平臺(tái)，讓樹木能根據(jù)自身的新陳代謝移動(dòng)。

　　8.能還原陰影區(qū)隱藏的形狀——新型場(chǎng)景工具

　　用機(jī)器人來進(jìn)行移動(dòng)繪圖時(shí)，要生成交互式靜態(tài)地圖會(huì)受到臨時(shí)出現(xiàn)的物體干擾，如過往車輛、行人、自行車等。對(duì)此，研究人員的解決方案是利用一系列激光點(diǎn)云，填充移動(dòng)物體在現(xiàn)場(chǎng)造成的濃密陰影空缺。對(duì)于那種資源受限，只允許單向映射繪圖的特殊地方，這種場(chǎng)景工具非常有價(jià)值。

　　研究人員利用一種復(fù)雜的專業(yè)TSDF函數(shù)在三維像素網(wǎng)格中處理激光掃描，然后用總變量(TV)調(diào)整因子結(jié)合一種專業(yè)術(shù)語的數(shù)據(jù)，插入丟失的表面圖形。研究人員稱，這項(xiàng)技術(shù)能填充約20平方米被移動(dòng)物體掩蓋而丟失的面積，重建后誤差范圍為5.64到9.24厘米。

　　9.指尖上的類傳感器——多手指的集成控制機(jī)器手臂

　　雖然目前這個(gè)機(jī)器手臂只有3根手指，但每個(gè)手指能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，極其靈活。研究人員利用裝在指尖的類傳感器，設(shè)計(jì)了一種集成控制的機(jī)器手臂，將手指、手和手臂結(jié)合成一個(gè)控制整體，能用抓取目標(biāo)給指尖定位，迅速控制整個(gè)手臂的位置和姿勢(shì)。

　　當(dāng)手的位置和姿勢(shì)出錯(cuò)，無法只通過指尖運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，可以通過手臂來調(diào)整錯(cuò)誤，變得更平衡后跟隨指尖抓取目標(biāo)。這種設(shè)計(jì)可防止抓取失敗的情況，比如抓物體時(shí)卻把目標(biāo)碰到一邊，或者把物體碰翻在地。控制手臂和手還能矯正幾厘米的位置誤差，比如放在工作臺(tái)上的某個(gè)物體，其位置相對(duì)于機(jī)器手臂是不確定的，可以裝上像Kinect那樣廉價(jià)的光學(xué)傳感器，只需提供較粗略的圖像數(shù)據(jù)，就能讓它抓住目標(biāo)。

　　10.逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)加六自由度新設(shè)計(jì)——靈活如蛇的手持機(jī)器臂

　　這種手持機(jī)器臂是一種新的6-DoF(六自由度)電纜驅(qū)動(dòng)任務(wù)操作桿。利用一對(duì)結(jié)合的筋腱，讓機(jī)器臂的運(yùn)動(dòng)模式基本實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化，擁有最大的速度和最大的空間配置，同時(shí)減小了手臂的總體質(zhì)量。

　　逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方案是把6-DoF問題分成了2個(gè)3-DoF問題，逐級(jí)分解再把結(jié)果合并，展示的機(jī)器臂有一個(gè)關(guān)節(jié)是冗余的，其實(shí)是一種5-DoF方案。這種空間挖掘式設(shè)計(jì)最終使整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最大，而連接關(guān)節(jié)質(zhì)量最小。這種設(shè)計(jì)還能改善非手持式筋線操作桿，把每個(gè)自由度所需的驅(qū)動(dòng)器減少到1個(gè)。它可用于環(huán)路控制，幫機(jī)器人更容易接近目標(biāo)。

　　11.輕質(zhì)低能耗控制板和彈簧驅(qū)動(dòng)器——最舒適的外骨骼

　　在外骨骼設(shè)備中，控制板能提高彈簧或驅(qū)動(dòng)器的性能。研究人員設(shè)計(jì)了一種質(zhì)量輕、耗電少的控制板，用來控制外骨骼腳踝部位的彈簧。這種控制板是兩張薄薄的電極片，涂有一層介質(zhì)材料，通過靜電吸附在一起。每片僅重1.5克，可承受100牛頓的力，能在不到30毫秒內(nèi)改變狀態(tài)。

　　研究人員把控制板和彈簧串聯(lián)在一起，每個(gè)控制彈簧重26克，再將多個(gè)彈簧并聯(lián)，可以分別調(diào)整它們的硬度。通過調(diào)整彈簧數(shù)量，系統(tǒng)可以產(chǎn)生6個(gè)級(jí)別的硬度，力度從14到501牛頓。

　　12.差異給料控制邊角匹配——會(huì)自動(dòng)調(diào)整布料的縫紉機(jī)

　　這是一種用在自動(dòng)縫紉系統(tǒng)中的新型控制方法，能獨(dú)立控制縫紉單位的給料，幫助縫紉機(jī)匹配布料邊角部分，適應(yīng)材料形狀的不確定和長(zhǎng)度變化。利用這種控制方法，可以通過端點(diǎn)檢測(cè)，獨(dú)立控制上下兩部分的給料速度，使兩塊布料保持對(duì)等。研究人員同時(shí)還提出了不同的矯正誤差方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

　　13.與虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合——空間引導(dǎo)定位機(jī)器臂

　　這是一款利用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)眼鏡執(zhí)行定位操作的解決方案。在這一設(shè)計(jì)中，研究人員解決了如何提供信息反饋，引導(dǎo)手持機(jī)器臂完成空間定位的任務(wù)。把前面介紹的6-DoF或5-DoF手持式機(jī)器臂和VR或AR立體眼鏡結(jié)合，眼鏡視域中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)箭頭標(biāo)記，指示人工操作桿和機(jī)器臂應(yīng)該到達(dá)的位置，通過比較實(shí)驗(yàn)，用機(jī)器臂定位操作比人工操作桿效果更好。

　　14.通過五萬次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)挑選物品——人工智能管理

　　這款人工智能模型利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法不斷探索人類標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)，通過5萬次抓取實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)預(yù)測(cè)抓取位置，選擇抓取特定的目標(biāo)物體。

　　15.閉路控制的接觸變形膠體——新型觸覺變形表面

　　在以往用于觸覺和柔軟機(jī)器人中的顆粒膠體設(shè)備中，形狀變化通常由人來直接控制，是開放式的。研究人員展示的新型觸覺膠體表面，由12塊排列在一起的膠體單位組成，能統(tǒng)一改變形狀和力學(xué)性質(zhì)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新算法，在這種觸覺膠體表面上測(cè)試了三種驅(qū)動(dòng)命令，并通過傳感器提供的深度圖，監(jiān)視閉路控制的形狀變化。

　　16.“向日葵”式太陽能電池板——雙軸機(jī)器人平臺(tái)SoRo-Track

　　SoRo-Track模型是一種雙軸的柔軟機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器(SRA)，可以像向日葵那樣隨陽光改變方向，作為一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的光伏太陽能電池支持平臺(tái)，并能與建筑物結(jié)合在一起。

　　研究人員指出，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器，如直流馬達(dá)、水壓發(fā)動(dòng)機(jī)或氣壓活塞相比，SRA系統(tǒng)越來越受歡迎，其品質(zhì)柔軟、形態(tài)簡(jiǎn)單、功率重量比高、抗干擾性強(qiáng)，能適應(yīng)外部振動(dòng)和不利環(huán)境條件，而且設(shè)計(jì)靈活，容易調(diào)節(jié)，成本較低。

　　17.結(jié)合三個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描鏡的旋鏡3——超廣角高速監(jiān)控器

　　旋轉(zhuǎn)鏡是一種新型光學(xué)高速監(jiān)控器，克服了以往高速監(jiān)控器視野范圍(小于60°)的限制。最新一款稱為旋鏡3，由3個(gè)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)鏡組成，能實(shí)現(xiàn)超廣角監(jiān)控，理論視野范圍達(dá)到360°。

　　根據(jù)這一機(jī)制開發(fā)的旋鏡3樣機(jī)，平面方向的實(shí)際視野范圍超過260°，能在10毫秒內(nèi)快速反應(yīng)。此外，樣機(jī)結(jié)合了1000英尺/秒的高速視覺系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)高速跟蹤監(jiān)控。研究人員專門開發(fā)了視覺跟蹤算法，能毫不費(fèi)力地跟蹤抓拍到被兩個(gè)人打來打去的乒乓球。

　　18.上下盤旋、翻滾自旋樣樣行——全方位飛行器模型

　　研究人員通過靜態(tài)力和力矩分析，設(shè)計(jì)了一種6個(gè)自由度的新式飛行器，外觀是一個(gè)立方體框架，內(nèi)部合理地排布著8個(gè)螺旋槳，使飛行器的靈活度達(dá)到最大。它不僅能在空中平穩(wěn)地上下飛行，前后旋轉(zhuǎn)，還能自己前后翻滾，左右自旋。

　　19.五自由度的磁控微型機(jī)器人——旋轉(zhuǎn)永磁體控制平臺(tái)

　　通過電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的微型機(jī)器人，在生物醫(yī)療和微流設(shè)備中有著廣闊應(yīng)用前景。研究人員設(shè)計(jì)了一種磁控裝置樣機(jī)，由8個(gè)較大的旋轉(zhuǎn)永磁體組成陣列，能以5個(gè)自由度精確遙控簡(jiǎn)單的無繩微磁體，精確程度達(dá)到亞毫米級(jí)。在演示中，這一系統(tǒng)能產(chǎn)生任意方向的場(chǎng)和梯度場(chǎng)，控制250微米的微磁體按任務(wù)路徑運(yùn)動(dòng)，精確度達(dá)到39微米。

　　20.夸張動(dòng)作逗人發(fā)笑——喜劇演員機(jī)器人

　　這種機(jī)器人能做出滑稽夸張的動(dòng)作，逗人發(fā)笑，有望用來預(yù)防或治療精神疾病。研究人員指出，笑很難成為一種有效的醫(yī)療方法，因?yàn)槿藗冎两裆形赐耆斫庑Φ臋C(jī)制。非語言的滑稽表演可能超越文化和語言，因此逗笑機(jī)器人有助于揭示人們?yōu)楹螘?huì)發(fā)笑。

　　研究人員對(duì)喜劇演員的夸張動(dòng)作進(jìn)行了專門計(jì)算，提出一種人形手臂設(shè)計(jì)，擁有靈活的輕質(zhì)關(guān)節(jié)，通過雙發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，能在廣闊空間迅速揮舞運(yùn)動(dòng)。