柔性机器人技术将是工业机器人发展的下一方向

（文章来源：珞石机器人）

经过了半个多世纪的发展，工业机器人已广泛应用于生产制造的很多环节，但仍然有大量生产环节需要人工完成，机器人工人的数量目前仍然不到人类工人数量的1%，对于机器人工人的需求还远未满足，如果将范围扩展至商业、医疗康复等广义生产活动，这一需求更为庞大。面向这些需求，传统工业机器人的限制在哪里？协作机器人是否解决了这些问题？我们需要什么样的机器人技术？

传统工业机器人由器演化而来，和人工的比较优势是负载能力大、速度快、位置精度好。劣势是：应对环境不确定性的调整能力差，智能化程度低。协作机器人在传统工业机器人基础上通过降低结构重量，并限制功率和速度，实现与人在同一空间工作的安全保障，本质是工业机器人的一个分支。

工业机器人（包括协作机器人），都是控制机器人位置，一般采用示教-执行的开环过程，这种方式只能应用于严格结构化的场景，对场景中出现的不确定性不能很好处理。比如零部件装配，零部件公差配合的精度远高于机器人位置控制的精度，只靠位置控制完不成装配。而人工凭借力觉和手臂柔性，以及学习决策能力，可以轻松完成装配动作。所以目前工厂需要大量工人在零部件装配环节，工业机器人在这方面也做了大量应用尝试，但效率很难pk人手。

如果把机器人的应用场景扩展到商业、医疗康复等广义生产活动，比如康复理疗，工业机器人在这些场景下相对人类手臂更是完全处于弱势。医生更多靠手臂力度帮助病人完成护理动作，而人类手臂的肌肉控制柔顺特性，传统工业机器人很难实现。目前传统工业机器人仍然有大量的人工替代存量场景，但对于工业装配、广义生产活动，真正pk人类手臂的能力才是机械手臂的下一阶段目标。

虽然传统工业机器人也可以通过末端加力的方式实现力觉控制，但受限于面向位置的控制体系结构，力觉闭环经过的环节多，反应迟钝，节拍很慢，很难比拟人手。柔性机器人与传统工业机器人不同的软硬件体系结构：每个关节都配置，并且底层控制体系结构由原来的位置控制，转变为力和位置融合控制，使机器人兼具高精度位置控制和高动态力控制。

所谓高动态力控，即力的闭环频率相对工业机器人提升了一个到两个数量级，力觉反应更灵敏，同时实现模拟人类手臂肌肉控制的柔顺特性，使机器人具备了处理环境不确定性的能力。比如在零部件装配场景，可以通过控制相应方向的主动柔顺，模拟人手顺应位置偏差，进行柔顺装配。再比如复杂曲面打磨，柔性机器人在前进方向进行位置控制，在打磨压力方向进行力控制，并通过机械臂的柔顺调整，自适应曲面的变化，这和人工操作的特性是一致的。

依靠高动态力控技术，可以全面升级目前协作机器人的特性：比如通过灵敏力感知，实现更轻便的拖动示教，甚至可以直接拖动机器人写毛笔字，使机器人更易用。通过高灵敏度外力碰撞检测，使人机协作更安全。另外，如果把比作人类大脑决策，则机械臂运动控制类似小脑和肢体控制，只有位置控制的肢体是不协调的。而力觉和柔顺特性的加入，给上层智能提供了更强大平台支撑，可以加速AI在广义生产活动中的落地。

通过以上核心技术特性，柔性机器人可以解决生产装配等传统工业机器人的应用短板，同时可以使其可以拓展至辅助医疗和商业服务等更广泛的场景中。

（责任编辑：fqj）