新火種
2023-10-10 
給機器人一雙靈巧的“手”——中科院自動化研究所聚焦提升神經擬態機器人應用能力
人類的手是靈活的，我們總想著機械的手也能像人類的手一樣，現在已經有對此的發明專利了，這就是中科院自動化研究所的王鵬研究團隊，日前，記者走進中科院自動化所，去了解神經擬態靈巧手機器人。
類人靈巧操作能力是目前機器人有待突破的瓶頸之一，許多對人類而言異常簡單的靈巧操作任務，對機器人來講是極其困難的。類人物體交接是人類期望機器人能具有的關鍵類人靈巧操作能力之一，對于人和機器人的交互、協同與合作，以及機器人在服務、工業、航天等領域的廣泛應用具有重要的意義。
自動化所王鵬研究員團隊通過借鑒人與人之間的物體交接方式，提出了一種人與仿人五指靈巧手機器人之間的類人物體交接靈巧操作方法，并應用到實際機器人平臺中，實現了人和仿人五指靈巧手機器人之間的多樣性物體類人交接自主靈巧操作。記者了解到，傳統的末端機械手存在應用場景單一、自由度低、靈活度低等問題，而自動化所的靈巧手機器人很好地解決了這個問題。
中科院自動化所張天懿告訴記者，神經擬態靈巧手機器人，借鑒了人手的關節結構和驅動機制，研發了具有類人自由度的神經擬態靈巧手機器人CasiaHand，具有25關節自由度、21驅動自由度，是目前國際上自由度最多的鉸鏈關節型仿人靈巧手，具備接近人手水平的靈巧操作能力；1：1人手比例，包括五個手指、掌部和腕部，仿人筋腱驅動方式，指尖仿人觸覺感知能力，“位——力——觸——溫”多模態傳感93個。
記者了解到，這項發明提供了一種神經擬態的靈巧手型機器人。共包括神經擬態手體、神經擬態驅動機構、傳感組件及控制裝置，共四個部分組成。神經擬態手體共包括人手擬態骨架與仿生皮膚層構成，其中，人手擬態骨架主要具有適于模仿人手姿態變化的多個關節。神經擬態驅動機構，是具有多個腱繩的驅動單元，多個單元分別于多個關節一一對應地鏈接。傳感組件包括多個觸覺傳感器與多個角度傳感器，多個觸覺傳感器分別集成于仿生皮膚層，多個角度傳感器分別一一對應地設于多個關節。該項發明的神經擬態靈巧手機器人不僅實現了驅動方式與類人靈巧性的高度神經擬態，還實現了對其抓握姿態的精確閉環控制，可達到人手水平的類人靈巧操作能力。
早在上世紀后期，一些西方國家的科學家就研制成功一些靈巧機器手，自此靈巧手技術開始發展，并且在應用領域不斷擴展。仿人靈巧機器手可代替人手完成一些其他設備完成不了的操作，將人從有害、有毒或者高溫等危險場景的作業中解放出來。中科院自動化所王熺煒告訴記者，針對不同的行業的應用需求，王鵬團隊研發了CasiaHand系列靈巧手，類人自由度靈巧手主要面向科研應用；輕量手主要面向服務和特種應用；高速自適應手主要面向工業應用。
基于系列靈巧手，研發了“無畏”“無憂”“無際”3款類人靈巧操作機器人整機。“無畏”面向特種應用，主要應用于排爆、生化核危險物處置或危險場景操作等；“無憂”面向服務應用，主要應用于公共、家庭服務，養老助老操等；“無際”面向工業應用，主要應用于工業多樣化零部件的自主適應性抓取，如上料、分揀、裝配等。
王鵬表示，目前團隊目標是到2025年，打造國內領先、國際先進的機器人產業集群。海淀區是我國規模最大、自主創新能力最強的高新技術及企業的聚集地，具有得天獨厚的機器人新技術、新產品研發優勢。下一步，研究組將繼續聚焦提升靈巧手的實用化能力，以及機器人與AI大模型在內的人工智能算法的深度融合，實現類人靈巧操作機器人的廣泛應用。 (記者 邵長風)
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