在2021年度特種機器人產(chǎn)業(yè)鏈“揭榜”推進活動中，配天機器人攜“臂足協(xié)同控制算法”獲得優(yōu)秀方案。成立于2010年的配天機器人歷經(jīng)10余年的技術(shù)積淀與創(chuàng)新，完成了工業(yè)機器人本體、控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機器視覺與仿真軟件等軟硬件產(chǎn)品的自主研發(fā)，實現(xiàn)了工業(yè)機器人的核心技術(shù)自主可控與產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)，為“十年寒窗”交上了滿意的答卷。在工業(yè)機器人發(fā)展如火如荼的2021年，配天機器人成立了智能機器人事業(yè)部，瞄準機器人非標應用場景，用智能化開啟下一個十年。
2021年，配天機器人的出貨量超過3000套，在疫情影響產(chǎn)業(yè)鏈供貨短缺的情況下實現(xiàn)了出貨量同比增長50%以上，成為國產(chǎn)工業(yè)機器人圈內(nèi)的一道靚麗風景線。熟悉國產(chǎn)工業(yè)機器人領域的人，對配天機器人或許并不陌生。這家創(chuàng)立于2010年的工業(yè)機器人公司被業(yè)內(nèi)喻為“機器人行業(yè)黃埔軍?！?。彼時，正值移動互聯(lián)網(wǎng)興起，全國3G網(wǎng)用戶尚未超過四千萬，孫尚傳將目光瞄準在國內(nèi)尚且“荒蕪”的工業(yè)機器人市場，找來一伙清華北大的高材生“坐工業(yè)科技的冷板凳”，帶領團隊從攻破機器人核心零部件技術(shù)開始做起。
▍專注機器人核心零部件技術(shù)自主研發(fā)
孫尚傳作為深圳市大富科技股份有限公司董事長，曾用十年時間帶領大富科技成為全球最大的移動基站核心部件濾波器設計制造商，生產(chǎn)的濾波器70%由華為采購使用，是產(chǎn)業(yè)鏈上關鍵環(huán)節(jié)的“隱形冠軍”。工業(yè)機器人是制造業(yè)重要的生產(chǎn)資料，看到國內(nèi)與工業(yè)機器人四大家族（安川、發(fā)那科、庫卡、ABB）的技術(shù)鴻溝，孫尚傳決定投資籌建配天機器人北京研發(fā)中心，專注工業(yè)機器人核心零部件的技術(shù)研究，在核心技術(shù)自主化這條冷板凳上一坐便是十年。
2022年，配天工業(yè)機器人的產(chǎn)品已覆蓋涵六軸工業(yè)機器人和SCARA工業(yè)機器人的近20款產(chǎn)品型號，其中六軸工業(yè)機器人負載規(guī)格從3KG到165KG，三款SCARA機器人也在2021年進入了量產(chǎn)階段。目前，除了減速器需要外購外，配天機器人實現(xiàn)了伺服驅(qū)動器、伺服電機、控制系統(tǒng)、本體等全部技術(shù)自研，是目前全球工業(yè)機器人領域自研技術(shù)掌握程度最高的企業(yè)，產(chǎn)品的速度、精度、功能直追四大家族進口品牌。
當前，配天機器人的機器人本體和系統(tǒng)集成所占的業(yè)務比例在80%以上。2021年，配天機器人決定成立“智能機器人”事業(yè)部，總經(jīng)理索利洋表示：“智能機器人事業(yè)部主要負責定制化、對智能化要求較高的前瞻性產(chǎn)品研制。工業(yè)機器人市場很小，未來如果機器人進入老百姓的生活，市場規(guī)模將比工業(yè)機器人大上幾百倍甚至上萬倍，所以智能機器人事業(yè)部在配天內(nèi)的比重將會越來越大?！睆墓I(yè)機器人領域邁入智能機器人領域，配天機器人有自己的獨特優(yōu)勢。
▍實現(xiàn)機器人“雞頭穩(wěn)定”
智能機器人與工業(yè)機器人最重要的區(qū)別在于前者主要在日常生活中完成具體任務，因此是否能夠順利完成任務是評判智能機器人好壞的直觀標準。智能機器人通常由移動底盤和上裝機械臂組成，移動底盤是“腳”，機械臂是“手”?！半u頭穩(wěn)定”是一種描述機器人末端機械臂穩(wěn)定性的仿生概念。當人們抓起一只雞時，無論如何晃動雞的身體，雞頭總能在原來位置保持不動。遷移到機器人末端機械臂操作場景時，機械臂末端操作執(zhí)行是否穩(wěn)定對機器人工作完成的質(zhì)量至關重要。以上裝機械臂的四足機械狗抓取物品為例，實現(xiàn)雞頭穩(wěn)定需要在機械狗的身體上裝好IMU傳感器，通過傳感器數(shù)據(jù)實時檢測機器人的身體姿態(tài)，根據(jù)機器狗的姿態(tài)數(shù)據(jù)去調(diào)整機械臂的運動。通過臂足協(xié)同控制技術(shù)實現(xiàn)機器人在動態(tài)行走過程中機械臂的末端位姿穩(wěn)定。配天機器人在機械臂控制領域開展了十余年的技術(shù)攻關積累，算法負責人葉根講到：“雞頭穩(wěn)定要求動態(tài)跟蹤機器人本體或機械臂底座的實時位姿變化，同時輸入期望的機械臂末端位姿，在插補器中通過機械臂運動學逆解計算各軸位置并控制機械臂運動，從而實現(xiàn)機械臂的雞頭穩(wěn)定功能。”但是在臂足協(xié)同過程中也存在很多難點，例如數(shù)據(jù)傳輸存在延遲。團隊對于這種引入的精度誤差設計了補償算法。在算法中建立機械臂底座位姿跟蹤模塊、末端位姿跟蹤模塊、位姿逆解補償模塊。機械臂底座位姿跟蹤模塊和末端位姿跟蹤模塊通過軟件接口獲取實時底座位姿和期望末端位姿，進行濾波和補償處理從而減少因噪聲引起的抖動和因數(shù)據(jù)傳輸引起延遲。
▍臂足協(xié)同控制——機器狗摔倒恢復
除了機械臂末端穩(wěn)定性，在行走過程中四足機器狗也容易因為重心偏移而發(fā)生摔倒，臂足協(xié)同控制技術(shù)在幫助機器人實現(xiàn)摔倒恢復中也發(fā)揮著重要能力。機器狗的摔倒問題大致可以分為三種情況：預防摔倒、即將摔倒和已經(jīng)摔倒。首先需要考慮如何讓機器狗盡量不摔倒，再考慮如何將已經(jīng)摔倒的機器狗損壞程度降到最小。通常機器狗身上安裝IMU傳感器以檢測身體的傾覆情況。如果機器狗側(cè)偏程度在可控范圍內(nèi)，可以通過臂足協(xié)同策略，調(diào)節(jié)機械手臂重新穩(wěn)定重心；當機器狗已經(jīng)摔倒時，團隊為機器狗設計了收回手臂策略，降低磕碰程度以減少損失。經(jīng)過團隊測試，目前在40度斜坡上機器狗的摔倒恢復率可達到95%以上。2021年配天成立了AI實驗室，搭建強化學習等訓練平臺以不斷加強復合機器人的智能化研究。深度學習或者強化學習相關的人工智能技術(shù)能夠幫助機器人更好的適應非標準化環(huán)境。葉根表示，配天AI實驗室將通過基于模型的控制算法，實現(xiàn)AI算法和傳統(tǒng)算法相結(jié)合，提高運動學、動力學模型精度；通過專業(yè)設備示教、手機通用設備示教、自主路徑規(guī)劃、自主學習、自主抓取和任務級編程，將智能算法應用于機器人控制、示教、交互等各個方面，專注精度速度和易用性兩大方向，提升產(chǎn)品易用性，促進人與機器的無障礙溝通。
