天天觀點：類似象鼻子？已經商業(yè)化？這款機械臂的形態(tài)有點搶眼！

現(xiàn)有機械臂的構型是最優(yōu)解嗎？

(資料圖片)

在去年機器人大講堂一篇文章就曾提出過這個思考，從全球機器人形態(tài)的演變來看，傳統(tǒng)工業(yè)機械臂和協(xié)作機械臂大多是為了工業(yè)場景的剛性生產需求而誕生，如今在中國機器人已經站在了全球全列，不僅在工業(yè)領域中，各類場景機器人的需求愈發(fā)明顯，那么在材料學進展飛快的當下，機器人能否更多表現(xiàn)？

今年6月份，機器人大講堂注意到藍馳創(chuàng)投、順為資本聯(lián)合領投了一家做機械臂的新企業(yè)【萬勛科技】，其PreA+系列融資的累計金額就達到了近千萬美元，主要領域則是交互式機器人。

雖然在當時該公司的產品并未公布，其官網也全無相關介紹，但只言片語中卻對于機器人的結構樣式提出了新的思考，這讓機器人大講堂一直保持著關注。

直到近日，萬勛科技宣布推出 Nimbo? 系列柔韌臂，賦能服務機器人安全交互，才正式將這款長相獨特的機械臂亮相在人們的眼前。

▍奇特外觀下的剛柔并濟

從外觀上來看，我們能直觀感覺到Nimbo?的機械臂采取了與市場主流不同的伸縮一體化構型，這種類似于大象鼻子的仿生設計讓其整體可以實現(xiàn)大曲線幅度的伸縮轉向靈巧運動，關節(jié)冗余度豐富，外表也更加柔性。

在官網介紹上，Nimbo?系列柔韌機器臂按照臂展被分為KN600，KN800和KN1000三款產品，里面又分為L型和H型。

三款產品能從視覺上明顯區(qū)分，KN600和KN800是標志性的伸縮型柔韌臂樣式，兩款本體的底座和體積顯得更粗壯，而KN1000則是一款小臂段采取伸縮新設計，大臂端和底座采取傳統(tǒng)協(xié)作機械臂樣式。

在功能介紹中，我們注意到Nimbo?系列柔韌機器臂加入了“肌肉”的概念。其中KN600是20肌肉和7自由度，KN800則是21肌肉、3自由度，KN1000則只有8肌肉和3+3自由度。

詳細來看，KN600這多的一個自由度其實指的是額外內部關節(jié)排布的“內部自由度（Null-space DoF）”，作用不僅能提升了手臂避障和手肘靈巧擺放的靈活性，還可以實現(xiàn)更好的避障或狹小空間作業(yè)。

伸縮性是萬勛科技所認為機械手臂靈巧作業(yè)的關鍵性指標，KN800就將柔韌肌肉的基本運動模態(tài)“伸縮”特性表現(xiàn)的非常明顯。

據了解，相較剛性較強的傳統(tǒng)機械臂構型，Nimbo?系列柔韌機器臂在此伸縮運動的基礎上，柔韌臂的每一層關節(jié)如果圍繞著一個固定的點產生轉動，則實現(xiàn)的是一個層關節(jié)的偏轉運動，而柔韌關節(jié)如果自有伸展不受限制，則同一層柔韌肌肉的同時伸長和縮短則能夠帶來該層的整體伸縮形變。

基于以上的偏轉和伸縮兩種層關節(jié)運動，此類柔韌臂可以在工作空間內實現(xiàn)大范圍的伸縮和偏轉運動，甚至伸到狹小空間內進行抓取作業(yè)。

▍軟硬件全新底層技術

就基本原理上來說，萬勛科技必然在傳統(tǒng)電機關節(jié)剛性機械臂的基礎上進行了底層邏輯的顛覆式創(chuàng)新。

因為與傳統(tǒng)電機方案不同，萬勛科技的機器人內部采用柔性材料構成的柔韌肌肉關節(jié)，代替了電機和精密減速機驅動的剛性關節(jié)，同時使用SlimDrive高精度氣流驅控代替了電機驅動，使其密閉性更強。

柔韌臂與傳統(tǒng)剛性機械臂的基本構性完全不同，它沒有傳統(tǒng)意義上的電機關節(jié)串聯(lián)，而是將一系列的柔韌肌肉單元構成了一個陣列，分不同的“層關節(jié)”組成了完整的手臂。

之所以能實現(xiàn)這類結構創(chuàng)新，再進一步從技術方案上來看，萬勛Nimbo?系列柔韌臂不僅在材質上采用一些先進柔性材料和仿生結構構型，從而以高分子聚合物構建了一種全新的柔韌執(zhí)行單元。

因此，如果單獨以所使用的柔韌肌肉數來計算軸數的話，一根典型的柔韌臂可能有7-14“軸”，這大大超過了剛性手臂的電機關節(jié)數，能夠實現(xiàn)比七軸機器人更加靈活的彎曲及伸縮。

其運動的主要原理是隨著內部氣壓的增加或減少，柔韌肌肉能變長或縮短，從而產生形變運動特征。由于柔韌肌肉的柔性，相鄰肌肉間可以產生對抗式的拉扯，來增加整體手臂的剛度和穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)KN1000的剛柔并濟特性。

這種柔韌構型的天然柔軟特性和流體驅動的柔順可壓縮性，造就了Nimbo?系列柔韌臂在與人、與物與環(huán)境的互動中可以在任意時間、任意工況下以任意方式發(fā)生推擠、碰撞、擊打，而始終以自身的柔性保證場景靈活性。

基于對傳統(tǒng)機械臂場景的深度剖析和機械臂全棧技術的積累，深入理解和演化，在軟件算法層面，萬勛科技以自研的集成式運動控制平臺MIU 和智能解算平臺 PSAI 為依托，從機器人載具、機械臂、執(zhí)行器等硬件系統(tǒng)，到驅動控制、運動解算、導航規(guī)劃、智能識別、遙操作等軟件技術的全面貫通。

為了實現(xiàn)這種全新的結構設計，萬勛又采取了一種叫做Pliabot?的柔韌機器人底層技術，配合了自研的SlimDrive高精度微氣流驅控和SlimEngine柔韌核心控制算法，目前看來有可能開創(chuàng)形成了一套獨立的機械臂體系。

同時萬勛團隊在早期輕量化機械臂的底層研發(fā)基礎上，逐步向上向下拓展技術邊界，利用3年時間夯實基礎，進一步搭建了機器人移動式/吊艙式底盤、靈巧機械臂、末端執(zhí)行器等硬件組件。成功將交互性、安全性、作業(yè)能力、場景適應性融合進機器人，衍生出了?K 系列機械臂、夾爪等系列化核心產品，帶來了服務行業(yè)機器人大范圍柔性作業(yè)的全新可能。

基于SlimEngine的柔韌構型核心算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械臂的正反解，實現(xiàn)了對經典剛性機械手臂的全棧式創(chuàng)新，萬勛機器人構建了全棧式貫通的技術優(yōu)勢，未來無疑能夠更好地快速二次迭代。

▍原生型安全交互

因為機械臂作為機器人領域歷史最綿長、發(fā)展最成熟、應用最廣泛的產品形態(tài)之一，在底層算法、驅動方式上大多有著較強的延續(xù)性，需要依賴一系列軟硬件的改動和限制，來實現(xiàn)所需的柔性、安全性和交互控制。例如在安全性方案上，長期以來機械臂不斷提升安全性主要是通過加入各類傳感器策略，從而與人安全有效的進行交互。

而萬勛科技采用全新方案基于“軟體機器人”的全新概念打造的“柔韌機器人”，主要使用剛柔混合的安全策略，用更加柔軟的材料作為身軀構建機器人，同時采取柔韌技術用剛柔融合來給軟體機器人加入骨骼和脊梁。

超輕的自重是萬勛科技保證柔韌臂安全的另一個秘密武器。

由于大量采用了密度遠低于傳統(tǒng)機械臂金屬材料的高分子聚合物和復合材料，柔韌臂的自重大大降低，在發(fā)生碰撞時很容易停止，引發(fā)的二次傷害遠遠小于剛性手臂。

同時自重輕帶來了更低的能耗和更加便于安裝和搬運，進一步拓寬了柔韌臂的應用領域。柔韌臂自重輕，負載大，帶來負重比的大幅提升，有效提高移動式作業(yè)的作業(yè)效能，每個柔韌肌肉自帶密封無接觸縫隙，帶給柔韌臂出眾的防塵防水性能，適用于戶外長期工作。目前三款機器人的防護等級都做到了非常不錯的水平。

據了解，在服務場景的典型使用頻率下，柔韌技術的肌肉使用年限約為3-5年，柔韌機器人的其他組成部分（剛性結構件和硬件電路等）則有10年以上的正常使用壽命。

▍準確的市場定位

按照萬勛科技官網的區(qū)分，三款產品的主要市場定位也非常明確。

KN600主打是能夠任意方式安裝的萬元級輕量型柔韌臂，KN800則突出了能夠實現(xiàn)300-800mm大伸縮比的優(yōu)勢，KN1000則是一款剛柔混合型柔韌臂。因此三款產品在應用場景上有著較大的區(qū)別。

與市面上主流的機械臂產品在工業(yè)場景不斷開疆拓土有所區(qū)別，萬勛科技突出了其機械臂和相關產品的柔性化優(yōu)勢特征，從而主要針對了服務市場的需求。

目前針對許多服務場景，從工業(yè)機械臂到協(xié)作型機械臂企業(yè)都有嘗試切入，但這些場景往往對于機械臂的精度、速度和負載要求并不高，同時在自重上仍然較高，自重比不理想、功能冗余對于企業(yè)而言意味著部署方式的局限以及較大的采購負擔，但這個痛點在市場上創(chuàng)新性不足的情況下并不算明顯。

而萬勛科技則無疑抓住了這個微小的細節(jié)，致力于為人型機器人、移動式作業(yè)、交互式作業(yè)等廣泛場景提供靈活、安全、柔韌、可負擔的交互作業(yè)型機械臂創(chuàng)新性解決方案。

整體而言，可以說其率先實現(xiàn)了對冗余柔性構型和剛柔混合構型機器人的平穩(wěn)高精度控制，從而將機械臂“輕自重、大負載、高靈活度、碰撞安全、精確平順”等核心指標的兼?zhèn)渥兂闪爽F(xiàn)實，同時入門型量產價低至萬元級，為服務機器人在復雜環(huán)境下的安全有效作業(yè)提供了全新的、可負擔的解決方案。

由于柔韌機械臂對于安裝和操作幾乎沒有傳統(tǒng)機械臂的限制，因此非常適合搭載于各種移動機器人平臺上。在官網介紹中可以看到，萬勛科技發(fā)布的Orion 獵戶座柔韌臂，能夠靈活適配與兼容不同載具，如無人機系統(tǒng)以及各類機器人底盤，最大負載自重比達到3:1，這相對于通常負重比在1:10-1:20的工業(yè)機械臂，1:3-1:5負重比的協(xié)作機械臂，無疑能夠促進場景融合，賦能多行業(yè)應用。

為此，萬勛科技的產品也不僅僅局限于機械臂，萬勛通過采用模塊化策略，在早期單品研發(fā)的基礎上突出可移植性和可替換性，針對移動巡檢、能源運維等不同場景的需求快速迭代了一系列具有獨創(chuàng)特色的移動式交互式服務機器人解決方案，初步構建了以柔韌機械臂為核心的產品矩陣。

▍關于萬勛科技

萬勛科技成立于2019年，致力于為行業(yè)和家庭提供柔性、靈巧、安全的作業(yè)型交互式服務機器人解決方案。創(chuàng)始人和核心團隊具有美國哈佛大學、德國慕尼黑工業(yè)大學、新加坡南洋理工大學、香港大學、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、南方科技大學等海內外頂尖高校的扎實技術背景，資方名單包括藍馳創(chuàng)投、順為資本、萬物資本、祥峰投資、萬物資本和英諾天使等。

關鍵詞： 類似象鼻子已經商業(yè)化這款機械臂的形態(tài)有點搶眼