关节换新记——看国产机器人如何突破类人运动关键技术

原标题：关节换新记——看国产机器人如何突破类人运动关键技术

静若处子，动若脱兔。六台人形机器人站成一列，伴随着优雅的音乐节奏，十二只胳膊有模有样地舞起“千手观音”——在不久前举办的世界人工智能大会上，这一场景惊艳了中外观众。

机械刚性、动作生硬，类似于《变形金刚》中的“擎天柱”——提起人形机器人，这可能是大多数人的第一印象。如今，这种印象正随着柔性关节的应用而改变。

和人一样，决定机器人灵活度的是关节。由达闼机器人股份有限公司（以下简称达闼公司）自主研制成功的柔性关节，让机器人的动作可以像人一样收放自如。目前，世界上公开报道拥有这一技术的公司不超过四家。

智能柔性是关键

什么样的技术，能解决机器人“刚性有余、柔性不足”的问题？机器人实现类人运动的关键是什么？

这些都是达闼公司技术团队苦苦探索求解的核心技术难点。

在达闼公司的实验室里，科技日报记者见到卸去人形外壳的机器人“骨架”——颈、肩、肘、腕、手、腰、膝、全向轮底盘等处，遍布34个智能柔性关节。

让机器人像人，首先手要像。画家最难描摹的部位是手，人工智能科学家最难模拟的也是手。因为手是关节最集中的部位，它的每一个动作，都是一次复杂而精准的控制过程，由多个关节协同支撑完成。

尽管机器人研发历史已长达半个多世纪，但哪怕一个最简单的人类动作——端起一杯水递给人然后松开，机器人依然显得缓慢而笨拙，无法完全效仿。

“灵活的关节、精巧的控制，是机器人实现类人运动的关键。”2017年，达闼公司创始人黄晓庆带领团队开始研发服务机器人时发现，核心技术难点就是运动关节，“人体有206块骨头，已命名的关节就有78个，关节决定了机器人的灵活性，这些关节应是柔性的，它不同于工业机械臂的刚性。”

要让机器人实现灵活的柔性运动，需要感知、决策、执行等能力的综合提升，对机器人搭载的机械硬件、电子硬件、嵌入式软件、上层软件、智能算法等都有更具体的要求。

“柔性关节是服务机器人的核心零部件，它必须是智能的，即每一个关节都自带计算、通信和传感。”黄晓庆告诉记者。

彼时，国际上只有少数几家机构掌握智能柔性关节技术，如波士顿动力和NASA，但技术不公开，没有经验可循。

颠覆式创新设计

研发过程中，观察人体运动成为必修课。

“上班途中的行人，办公区行走的同事，自己的胳膊与肩膀，所有人的一举一动，都成了研发团队紧盯的对象。”达闼公司机器人SCA事业部高级技术总监罗程对记者笑言，“大家当时都‘魔怔’了。”

通过观察，他们发现，腿部落地时，膝关节、踝关节等人体关节柔韧性（关节的活动范围）并非一成不变。为模拟生物关节这种特性，研发人员考虑在串联弹性驱动关节的基础上，增加可变刚度功能。

可变刚度的串联弹性驱动关节是一个颠覆式创新思路，不仅能实现柔性关节的功能，还能根据机器人的运动状态，在不改变关节劲度系数的同时，实时调整关节的刚性。

想法有了，如何实现？

“最开始我们按照传统方法设计，但设计出来的架构总让人无法满意。”罗程说，研发过程中，黄晓庆常聊起研制智能手机的技术细节，比如芯片的集成、屏幕的升级等技术迭代，“我们由此想到，关节的核心部件是不是也可以这样迭代优化，让其越来越轻薄，透明度也越来越好。”

机器人研发，模块都是现成的，最关键在于底层架构如何设计。“一瞬间有种柳暗花明的感觉。”罗程兴奋地说，“从敲定这个思路到做出第一台样机，只用了三四个月。”