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      科技前沿

      大模型帶動智能化發展,仿生機器人賽道的未來和機會

      隨著傳感技術、運動控制和計算機仿真與機器人技術的深度融合,機器人對于復雜外界環境的感知能力大幅提升,其處理實際問題的自主性、穩定性、可靠性也大幅提升。在技術發展...

      admin

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      發布于 6個月前 閱讀:524

             隨著傳感技術、運動控制和計算機仿真與機器人技術的深度融合,機器人對于復雜外界環境的感知能力大幅提升,其處理實際問題的自主性、穩定性、可靠性也大幅提升。在技術發展和市場需求的驅動下,服務機器人的體積更小、交互更為靈活;其服務領域和服務對象不斷拓展,并進一步向各應用場景下沉;從發展趨勢來看,服務機器人正由“感知智能”向“認知智能”邁進,仿生機器人等新興方向創新活躍,仿人機器人研發再度迎來突破。

             仿生機器人是指模仿生物,從事生物特點工作的機器人。北京理工大學和中關村智友研究院發布的報告將仿生機器人劃分為三類:仿人機器人、四足機器人和科研探索型機器人。其中,仿人機器人和四足機器人因其產業化落地的可行性而備受科技行業關注。

             近日,在北京市科學技術委員會、中關村科技園區管理委員會的指導下,由中關村智友研究院主辦、中國機械工業聯合會與中國機器人產業聯盟參與協辦的《Tech Link智友科學家前沿論壇——仿生機器人技術創新與應用》在京圓滿閉幕。與會科學家與創業者對智能仿生機器人的產業現狀和技術研發展開了發散性思考。

      仿人機器人行業發展的三個關鍵難題

             仿人機器人是智能機器人的一種高級形態,它具備人的外形特點,特別是擁有復雜的多體動力學系統。該機器人的主要特點是,無需改變人類工作、生活的環境,就能夠使用工具,完成擬人化的多種任務。此外,仿生機器人具備擬人的運動能力、環境適應能力和作業能力,因此行業對仿生機器人的期待是:去人不能去的地方,做人不能做的事情。

             北京理工大學機電學院教授,博導,北京理工大學智能機器人研究所所長余張國認為,衡量仿人機器人的核心能力有三個方面,運動能力、環境適應能力、多任務作業能力三方面,這也是仿人機器人領域需要突破的三大關鍵點。

             運動能力方面,國內科研單位還需要突破驅動部件的限制,同時在平衡控制方面采取一些措施,解決機器人在運動過程中的平衡穩定問題。仿生機器人的運動過程實際上是一個與摔倒抗爭的過程。作業方面,當下的仿人機器人運動能力和驅動部件的開發主要依靠工業組拼模式,國內仍通過專用部件開發模式來提高機器人的運動性能。

             環境適應方面,仿人機器人不能僅保持“走”、“跑”、“跳”這樣的單一運動模態。而是要具有行走、跳躍、摔倒保護等多變的模態。

             在多任務作業能力方面,目前的仿人機器人在智能化層面還沒有較大突破,未來行業也要將人和機器人的智能結合起來,提高智能作業的能力。

      四足機器人的落地仍有關鍵技術障礙

             北京工業大學副教授,智同工大智能傳動研究院副院長紀姝婷指出,仿生移動機器人可以被廣泛應用于外太空探索、軍事偵察、戰爭沖突、災難救援等諸多危險環境中。目前,美國軍方在仿生移動機器人領域的研究成果顯著,他們已經研發了全自動輪式車輛、腿足式機器人、外骨骼機器人等針對不同場景的仿生機器人產品。俄羅斯、日本等國也在加大對仿生機器人的開發投入。

             盡管仿生移動機器人行業的發展如火如荼,但是該板塊的經濟創收能力并不盡如人意。2020年韓國現代對波士頓動力發起的收購價格是1萬億韓元,而7年前谷歌收購波士頓動力的價格卻是30億美元。

             “波士頓動力的技術的確先進,但是目前常見的四足機器人存在的主要問題是,在未知的非結構地形條件下,其運動能力的穩定性、負載能力、耐用能力、制造成本、可靠性和輪式或履帶式機器人相比仍有不足?!奔o姝婷認為,解決這一問題的關鍵是作為機器人核心部件的關節驅動器。關節驅動器直接決定了機器人運動的平衡性、穩定性和抗干擾能力。目前仿生機器人的主要驅動方式有三種。

             第一種是液壓驅動,這種方式的功率很高,承載能力強,但是噪音非常大。第二種是串聯彈性驅動。該方法是將電機和減速器之間放入了一個彈性元件,用它和編碼器精確地測量力或力矩。這種方式采用的減速機傳動比比較大,但是它的反向驅動能力并不好,還需要額外加裝一些傳感器,這會增加它的體積和重量,降低關節驅動器的功率密度。第三種是半直驅驅動。麻省理工學院提出的Cheetah采用了該模式,通過電流環方案實現力控。這種關節采用的是行星齒輪減速器,傳動比一般低于10,且沒有額外傳感器,具有很高的反向驅動能力和齒輪傳動效率。

             目前主流的關節驅動器多采用諧波齒輪減速器、擺線齒輪減速器、行星齒輪減速器。其中,諧波減速器傳動比一般會大于30,傳動平穩且質量輕,具有很高的定位精度和重復定位精度,但是諧波減速器傳動效率比較低,和同體積的其他減速器相比,其承載力不高,反向驅動能力較低。擺線齒輪減速器適用于腿足式機器人,其抗沖擊能力更強,可靠性更高,且該減速器傳動比適用范圍最廣,相應的承載力較高。但是擺線齒輪減速器因為設計和制造難度較大,其應用并不廣泛。而行星減速器的傳動比較小,反向驅動能力更大,傳動效率也更高。

             紀姝婷表示,目前智同工大技術研究院等國內企業正在攻克減速器的設計和研發難題。

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      仿生機器人行業的未來發展趨勢

             論壇上,北京理工大學和中關村智友研究院聯合編著的《仿生機器人行業報告》正式發布。北京理工大學和載人航天工程辦公室的博士后佘浩田介紹稱,該報告包含五個部分,形成了三個核心觀點:

             第一,機器人時代來臨,而仿人和四足機器人是其中比較具有成長性的細分賽道。

             第二,仿人機器人帶來有別于傳統工業機器人產業鏈的差異化需求,相比于工業機器人,仿人機器人對系統的零部件需求更為精密。目前該領域的關鍵技術難點是運動控制、高扭矩密度的驅動單元研究、環境感知能力、人機交互能力等;

             第三,無框力矩電機與精密減速器將更具成長空間。

             針對仿人機器人和四足機器人領域,報告認為,未來仿人與四足機器人會與人工智能緊密結合,以ChatGPT為代表的人工智能技術將推動人機交互和環境感知技術的發展。其次,仿人機器人在感知、決策、控制方面提出了更高的要求,隨著仿人機器人的產業化預期提高,對專用芯片的需求也會不斷提高。此外,隨著電機技術的發展,電機直驅將是未來仿人和四足機器人的發展趨勢。

             報告同時提到,目前產業化方面,仿人和四足機器人還面臨很多挑戰,例如,應用場景方面,兩種機器不僅需要在實際應用場景里高效運行,還需要解決穩定性、可靠性、安全性的問題。此外,產業還需要推動關鍵技術的突破來加速產業化落地,在可擴展性方面,兩種機器人需要在特殊場景內進行定制化開發,進而達到機器人適應不用應用場景的目的。

      (來源:36氪)

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      他很懶,什么都沒有留下~