仿生機(jī)器人“愛(ài)因斯坦”在2021WRC引起圍觀，“愛(ài)因斯坦”能做豐富的肢體動(dòng)作和生動(dòng)的表情，這突破許多人對(duì)于機(jī)器人的想象力，原來(lái)機(jī)器人與人類已經(jīng)如此接近。

先來(lái)看吃瓜視頻：

如果仔細(xì)看“愛(ài)因斯坦”，可以發(fā)現(xiàn)其面部的表情已經(jīng)非常細(xì)膩，每一次說(shuō)話，面部表情和嘴巴的配合貼合度都很高，而手臂的粗細(xì)、靈活程度相對(duì)傳統(tǒng)固定軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人而言，在進(jìn)行斜面運(yùn)動(dòng)等豐富展示動(dòng)作時(shí)軌跡平順，以至于一身西裝的“愛(ài)因斯坦”在表演時(shí)能夠以假亂真。

世界上研究機(jī)器人的企業(yè)很多，但機(jī)器人真正服務(wù)人類依然是全世界的難題，因?yàn)闄C(jī)器人的靈活性、智能性很難達(dá)到人類社會(huì)的更廣泛要求，只有靈活、智能的機(jī)器人，才能夠像人一樣執(zhí)行多種任務(wù)，有更多的交互可能性。而要擺脫機(jī)器的遲鈍感覺(jué)，在技術(shù)上，又需要感知、決策、執(zhí)行綜合提升，對(duì)機(jī)器人搭載的機(jī)械硬件、電子硬件、嵌入式軟件、上層軟件、智能算法等都有更具體的要求。

而這又需要更強(qiáng)大、更便宜的硬件作為支撐。由于機(jī)器人硬件成本占機(jī)器人研發(fā)的70%以上，但同時(shí)機(jī)器人硬件研究投入成本高、周期長(zhǎng)、報(bào)廢率高。這些難點(diǎn)即便是波士頓動(dòng)力的Atlas或者本田的ASIMO目前都無(wú)法解決，也讓全世界的機(jī)器人研究普遍進(jìn)展不快，是局限機(jī)器人真正走進(jìn)人類社會(huì)的根本。

達(dá)闥同樣走在人形機(jī)器人的研究和研發(fā)道路上，但他們的方向與波士頓動(dòng)力等公司有所差異，達(dá)闥看到，若要讓機(jī)器人走向消費(fèi)者，走入人類家庭，當(dāng)前的關(guān)鍵還是在于降低機(jī)器人成本。而通過(guò)機(jī)器人核心零部件的規(guī)?；虡I(yè)落地，促進(jìn)機(jī)器人行業(yè)及生態(tài)的建設(shè)發(fā)展，讓更多人先能用上機(jī)器人再不斷優(yōu)化提升，這無(wú)疑是一條可行的路徑。

對(duì)這種理解最好的行為注腳，則是達(dá)闥創(chuàng)始人兼CEO黃曉慶提及的達(dá)闥關(guān)鍵布局——柔性關(guān)節(jié)SCA。

▍更遠(yuǎn)的科技路

達(dá)闥是云端機(jī)器人的創(chuàng)造者、開(kāi)發(fā)者和運(yùn)營(yíng)商，其云端大腦在業(yè)界知名度非常高，以至于達(dá)闥在2020年也被列入在了美國(guó)列出實(shí)體清單中。但這也堅(jiān)定了達(dá)闥發(fā)展機(jī)器人的決心。

達(dá)闥多次對(duì)外提到，機(jī)器人會(huì)是人工智能時(shí)代最具代表性的產(chǎn)品，未來(lái)的機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模很大，這個(gè)市場(chǎng)遠(yuǎn)不是一兩家企業(yè)三五年時(shí)間能夠占領(lǐng)。達(dá)闥認(rèn)為，技術(shù)的核心目的是為人服務(wù)，云端的技術(shù)始終要落到實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中來(lái)，而讓更多玩家涌現(xiàn)，共同構(gòu)建出機(jī)器人生態(tài)，將AI連接到海量的機(jī)器人和智能設(shè)備，才有可能不斷促進(jìn)整個(gè)行業(yè)走得更遠(yuǎn)，最終讓機(jī)器人真正進(jìn)入到人類的生活。

SCA智能柔性執(zhí)行器就是為此而生。那么什么是柔性關(guān)節(jié)SCA？

以人們看到的仿生機(jī)器人“愛(ài)因斯坦”為例，其外表是精致的仿生硅膠皮膚，而如果就像許多電影的橋段那樣，揭開(kāi)這層仿生皮膚，一身機(jī)器骨骼的機(jī)器人就會(huì)呈現(xiàn)在人們的眼前。

這點(diǎn)在達(dá)闥旗下云端智能服務(wù)機(jī)器人Cloud Ginger與CCTV2記者采訪互動(dòng)中就短暫展現(xiàn)過(guò)一個(gè)鏡頭，從畫(huà)面可以看到，達(dá)闥的Ginger機(jī)器人包括手臂、機(jī)械手、頭部、腰部、腿部、全向輪底盤等在內(nèi)34個(gè)關(guān)節(jié)，均已經(jīng)以機(jī)器關(guān)節(jié)搭建，這為它源源不斷提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，以便于完成拿飲料、遞送等對(duì)于力控要求精準(zhǔn)的動(dòng)作。

同樣，“愛(ài)因斯坦”這層皮膚下面，也是一具機(jī)器骨架。

這一身機(jī)械骨架，如果再細(xì)分拆開(kāi)來(lái)看，則是由大量的執(zhí)行器和傳感器組成，其中執(zhí)行器就是采用了達(dá)闥自研的智能柔性執(zhí)行器SCA（Smart Compliant Actuator）。

（自研SCA智能柔性執(zhí)行器）

決定機(jī)器人靈活度的是關(guān)節(jié)，因此智能柔性執(zhí)行器可以說(shuō)是機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)里最關(guān)鍵的部件，因?yàn)檫@關(guān)乎機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)組合的復(fù)雜動(dòng)作，例如全方位聽(tīng)、說(shuō)、看、動(dòng)集合的智能人機(jī)交互，這又關(guān)乎機(jī)器人能否更好做到對(duì)人和環(huán)境的友好互動(dòng)和安全共處。

柔性控制是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互必不可少的特性。在原先，傳統(tǒng)伺服體積大、剛性強(qiáng)、扭矩大，主要適用于工業(yè)生產(chǎn)，但如果與人交互，安全性就成為非常大的問(wèn)題。

SCA智能柔性執(zhí)行器延續(xù)著剛?cè)岵?jì)這條路線，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)剛性執(zhí)行器進(jìn)行了革命突破。通過(guò)將底層伺服驅(qū)動(dòng)、高精度編碼器、新型伺服電機(jī)、高精度減速器等核心技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與研發(fā)，達(dá)闥最終實(shí)現(xiàn)了智能、高集成度、并具有柔性安全操控能力的伺服器的研發(fā)。

這是什么意思呢？我們以人體為例。人想要實(shí)現(xiàn)某個(gè)動(dòng)作，大腦傳遞指令，人體的肌肉和骨骼收到指令共同發(fā)力執(zhí)行，才具有靈活卻有力的表現(xiàn)力，人體的關(guān)節(jié)韌性并非一成不變，如腿部落地時(shí)，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)都會(huì)呈現(xiàn)出一些柔軟的特性。而在機(jī)械上，SCA智能柔性執(zhí)行器像是融合了肌肉和骨骼的整體關(guān)節(jié)，體積更小但發(fā)力更強(qiáng)更精準(zhǔn)，同時(shí)能快速接收處理信息，機(jī)器人的表現(xiàn)就會(huì)更加靈活和智能。

這種集成式的融合帶來(lái)的好處是多方面的。不僅有效解決了服務(wù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制和安全使用問(wèn)題，還能有效地解決連接多個(gè)關(guān)節(jié)形成各種機(jī)器人本體的架構(gòu)問(wèn)題，因?yàn)闄C(jī)器整體其實(shí)也靠著多個(gè)關(guān)節(jié)的聯(lián)動(dòng)，這讓機(jī)器人體積能夠更小、更柔性，還能進(jìn)行復(fù)雜的交互。

▍技術(shù)解析

如何完成這種整合的呢？達(dá)闥曾經(jīng)透露出一些技術(shù)細(xì)節(jié)：這是由于SCA智能柔性執(zhí)行器從機(jī)械結(jié)構(gòu)、核心算法、加工工藝等多個(gè)方面都實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，才具有集成化、高精度、總線控制、大扭矩輸出、柔性控制等多重特性。

在原先，工業(yè)伺服系統(tǒng)包括電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、減速器、編碼器等核心元件，在以往的流程，這些產(chǎn)品從工業(yè)設(shè)計(jì)到檢測(cè)再到生產(chǎn)都是分開(kāi)的，而SCA智能柔性執(zhí)行器就將這些原本獨(dú)立的元器件集成到一起完成并縮小了體積。

我們把SCA智能柔性執(zhí)行器再拆分來(lái)看，可以看到在工藝上的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為三方面：

?輕薄設(shè)計(jì)：通過(guò)采取扁平化外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)，在超薄體積下實(shí)現(xiàn)了超薄集成

?智能驅(qū)動(dòng)器：采用執(zhí)行器專用驅(qū)動(dòng)，三環(huán)控制，能高效率發(fā)揮電機(jī)性能

?雕刻精度強(qiáng)：采取高精度磁性編碼器，分辨率高達(dá)16384（14bit）

就像將很多芯片集成到一塊電路板上一樣，這種集成越小越困難，因?yàn)?/span>這不僅需要更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，還需要各種器件制作工藝更優(yōu)秀，讓體積更輕薄的同時(shí)不犧牲功率，并能在有限空間中互相配合，能完成高功率密度強(qiáng)勁輸出，發(fā)揮更大作用，

達(dá)闥表示，當(dāng)前SCA智能柔性執(zhí)行器在同樣性能下，體積是傳統(tǒng)伺服器系統(tǒng)的十分之一，運(yùn)動(dòng)靈活性高，且擁有多種規(guī)格尺寸，最小可以做到直徑35mm粗細(xì)，還能采取更加精準(zhǔn)的雙編碼器定位。

如果再去詳細(xì)看這些集成的細(xì)小零部件，可以發(fā)現(xiàn)許多典型創(chuàng)新，例如

?散熱、精度更優(yōu)秀：新型合成材料電機(jī)采取海爾貝克非晶，效率大幅提升

?通信總線更強(qiáng)：支持Ethernet-CAN/CAN、支持IPv4/IPv6，也適配新型電機(jī)的高頻通信，傳輸速度快了許多

?高集成SOC芯片封裝：實(shí)現(xiàn)了CPU、GPU和DSP集成，SVPWM、存儲(chǔ)集成化

這些配合高帶寬，低延時(shí)且集成了T1車載以太網(wǎng)，意味著SCA智能柔性執(zhí)行器的整體信息接收和處理能力更快、更強(qiáng)，配合更新控制算法和模型，能完成對(duì)SCA的動(dòng)態(tài)智能控制，同時(shí)實(shí)時(shí)運(yùn)行安全操作系統(tǒng)，這點(diǎn)能配合達(dá)闥的云端大腦平臺(tái)，更是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)度和協(xié)同工作。

▍結(jié)語(yǔ)與未來(lái)

有效解決了成本、服務(wù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制和安全使用問(wèn)題的SCA智能柔性執(zhí)行器，使服務(wù)機(jī)器人能夠和人類共同工作和生活，也為第四次工業(yè)革命和智能機(jī)器人時(shí)代來(lái)臨提供了重要的核心技術(shù)。

而硬件成本的大幅降低無(wú)疑會(huì)推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是在教育、研發(fā)領(lǐng)域的普及，這也為服務(wù)型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)低成本化和商業(yè)化落地提供了更多可能性。就商業(yè)價(jià)值而言，這種高集成性、高性能、低成本、小體積的智能柔性執(zhí)行器，能很好實(shí)現(xiàn)共享合作的生態(tài)，也能推動(dòng)達(dá)闥在市場(chǎng)上擁有更多的占有率和話語(yǔ)權(quán)。

有高校和科研機(jī)構(gòu)就購(gòu)買了達(dá)闥的SCA智能柔性執(zhí)行器發(fā)現(xiàn)，服務(wù)機(jī)器人全身的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)其實(shí)均可以由SCA模塊組成，也可以組裝機(jī)械臂，因?yàn)闄C(jī)器人全部運(yùn)動(dòng)自由度的物理呈現(xiàn)都可以理解為一個(gè)個(gè)關(guān)節(jié)模塊，包括本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、所有硬件與運(yùn)動(dòng)算法的研發(fā)、工業(yè)設(shè)計(jì)等機(jī)器人基本所有的物理形態(tài)，SCA智能柔性執(zhí)行器都能很好適配和替代。

SCA智能柔性關(guān)節(jié)已規(guī)模商用。目前已成功應(yīng)用于醫(yī)療、教育、農(nóng)業(yè)采摘、零售、無(wú)人機(jī)等多個(gè)行業(yè)，如外骨骼機(jī)器人、超聲波檢測(cè)設(shè)備、機(jī)械臂、類人機(jī)器人等。除此之外，SCA還可以應(yīng)用于電動(dòng)工具、CNC、3D打印機(jī)、AGV、云臺(tái)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、機(jī)械臂等場(chǎng)景。

而達(dá)闥也和許多生態(tài)伙伴展開(kāi)了合作。除了WRC上大連新次元的“愛(ài)因斯坦”仿生機(jī)器人外，達(dá)闥旗下多款云端機(jī)器人也采用了智能柔性關(guān)節(jié)SCA。例如：云端智能服務(wù)機(jī)器人Cloud Ginger的34個(gè)關(guān)節(jié)均為SCA搭建；室外多功能云端機(jī)器人Cloud Patrol，則采用了8個(gè)智能柔性關(guān)節(jié)SCA作為其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)；桌面級(jí)多軸教育機(jī)械臂則采用了QDD Lite系列SCA。

完成了產(chǎn)品的布局，隨著達(dá)闥智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地的建設(shè)完成，達(dá)闥還將構(gòu)建集研發(fā)、孵化、關(guān)鍵零部件制造、單體制造、展示展銷、售后服務(wù)于一體的完整機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈，打造機(jī)器人核心零部件智能制造基地，助力推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)前行。

▍產(chǎn)品一覽

目前，SCA智能柔性關(guān)節(jié)分為5個(gè)系列：

1、DD系列

無(wú)減速器的直驅(qū)執(zhí)行器，適用于要求“扭矩小，轉(zhuǎn)速快”的應(yīng)用場(chǎng)合。

2、QDD系列

采用鋁齒行星減速器的系列SCA，在小減速比的情況下，行星減速器的柔性發(fā)揮更好，適用于對(duì)人機(jī)安全交互有所要求的應(yīng)用場(chǎng)合，也適用于要求高柔性以減少落地沖擊的四足機(jī)器人。

3、QDD Plus系列

采用鋼齒行星減速器的系列SCA，較QDD系列提高了產(chǎn)品精度，使用壽命更長(zhǎng)。QDD Plus系列打造了一款專為多足機(jī)器人、外骨骼、多旋翼無(wú)人機(jī)等使用的扁平化SCA：QDD  Plus-NU80-6。

4、QDD Lite系列

部分零件采用復(fù)合材料的行星減速器系列SCA，輕量化優(yōu)勢(shì)，價(jià)格與舵機(jī)價(jià)格相近，但性能遠(yuǎn)高于舵機(jī)，適用于高校、學(xué)生及個(gè)人開(kāi)發(fā)者。

5、QDD Pro系列

采用金屬結(jié)構(gòu)諧波減速器的系列SCA，由于更換了減速器的材質(zhì)和種類，該系列SCA在產(chǎn)品精度和使用壽命上得到了很大提升。

▍關(guān)于達(dá)闥