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| 本文作者： 楊波 | 2016-08-16 18:08 |
雷鋒網按：本文作者Bernt ?ivind B?rnich & Phuong Nguyen，來源robohub，由雷鋒網獨家編譯，未經許可拒絕轉載！
機器人Eve是我們利用力量控制，從零開始打造出來的，我們想讓它像人類一樣敏捷、高效。接下來，我們將聊聊這樣打造Eve的原因，這些想法或許能為我們脫離工業制造的束縛提供一些靈感。
一些背景
1987年，Halodi Robotics的創始人P?l L?ken在一間技術型大學讀書，他見證了新一代工業機器人的誕生。那時候，人們熱切希望看到更便宜、體積更小的商業機器人，并認為這種機器人的到來已經指日可待?？墒?，大約30年后的今天，我們仍在翹首期待著。當P?l認為是時候見證智能且便宜的消費型機器人的誕生時，我們就創造了Eve。
當我們準備要打造Eve的時候，我們先研究了諧波齒輪和高速電動機的傳統工藝制法。眾所周知，工業型機器人的生產中大多采用這種技術。但是我們意識到，這種技術會提高造價，同時限制機器人的運作和可控性。
在過去的三十年中，在縮形技術逐步發展起來的同時，機器人控制器的基本促動機制卻裹足不前，甚至那些創新型協作機器人仍在使用諧波齒輪和高速電動機進行促動。
以下是我們打造Eve時考慮到的幾點因素：
摩擦力
在齒輪運作中，需要選擇其間隙和摩擦之間的平衡點，而在機器人技術中，低齒輪間隙點可以獲得更好地準確度和復制性。這會導致發動機自身產生極高的摩擦力，另外，摩擦力是由齒輪比例決定的，一般最小的是100:1。要意識到的是，現在，摩擦力和齒輪間隙都不能精準地塑模。
反射慣性
當齒輪以100:1的速率驅動發動機運作時，旋翼和桿需要比咬合點轉動快100下。因為運動力以速度的平方在運轉，慣性是總齒輪比的平方，所以就是10000下。這意味著，就算是非常輕的旋翼和桿也會讓機械臂對外界力變得非常不敏感。
驅動機械臂力
驅動機械臂力是外部環境向發動機直接傳輸的能量，因此驅動機械臂力反映了外部環境中的力量的可控性。同時，驅動機械臂力還受摩擦力和反射慣性控制。
我們的方法
在傳統機器人控制中，驅動機械臂力的缺失可以視為一個優勢。通過控制一個在高處運作的齒輪，咬合點會高度受壓、分離，以至可以抵抗外部壓力。這個方法有極好的定位精準度和速度控制性，但是它與接觸力不兼容，所以我們要確保它的高精準度，并配備一些彈跳/減震系統。
正常情況下，下一步要解決的是控制力的問題，這在過去的幾年里已經取得了長足的進步，但研究結果至今還停留在學術界——一般只有模仿的系統，因為極大的摩擦力和齒輪間隙讓機器人無法高效使用這些控制器?？刂屏νㄟ^操控不同的公式，讓它們能夠產生發動機需要的最佳扭轉力。這當中產生了許多更柔軟、高效的動力，包括觸點壓力。
顯而易見的是，家用機器人必須是全力控制的機器人，它的咬合點要具備更多的驅動機械臂力。
低總齒輪比的機械臂會比人類的手臂更強壯嗎？
我們針對市面上的商業化發動機做了一項調查，答案是否定的，很多發動機只適應中速到高速的運轉。這是因為效率隨著每分鐘轉數的增加而增加，而熱功率的減少變得更少——這個假設在考慮到整個系統的條件下就不成立了。在齒輪高速運轉的系統中，很多能量以摩擦力和齒輪間隙的方式消耗了，這讓整體效率比發動機效率低很多。如果我們可以用金屬項圈造一個發動機的話，驅動機械臂力可以讓外部環境和發動機之前的能量流動消耗得更少，讓我們能通過再生制動重新獲得這些能量，補償熱功率的流失。在機器人技術中，這個原理更能成立，因為很多運動起始的能量值幾乎相同。
在翻閱大量書籍和研究成果后，我們認為發動機技術的下一個突破點在金屬項圈上，而不是速度。最后我們研制出了超前的發動機技術，它能讓運載重量比是市面上發動機四倍的金屬項圈。
有了發動機上的金屬項圈，我們開始研發REVO-1。借鑒從力觸覺領域得到的靈感，我們采用了一個由電纜驅動的差分傳輸。
REVO-1通過在每個轉移點上反固定的一組混合電纜進行運作，我們花了很長時間確定電纜的幾何學構造和它們的包裹物不會導致電纜變形，這讓我們能將電纜拉長到齒輪間隙為零的長度。另外，近乎完美的幾何構造讓的電纜永遠不會變形，摩擦力接近零，同時也不產生任何噪音。最后一步是要讓咬合點存在各種差異性，并由不同的電纜驅動。除了壓縮咬合點并將更多的重量移動到運動鏈系上，它還能讓一對發動機共享能源——這讓機器人變強兩倍！
另外，這讓Eve的摩擦力和慣性變得很低，低到你用指頭觸摸，就可以自如地移動她。就算所有能量都轉移到了發動機上，她也能承受住各種壓力，毫發無傷。
因為我們完全掌控了動力，我們知道手臂應該如何運動，以及它和外動力之前的任何偏離，這讓我們打造了一個7自由度機械臂。
關于造價
Eve是一個很復雜的機器，它的外表是鋁、鐵以及復合電纜。E-Ink display, FPGAs, IMUs以及其它感應器都是批量生產且廉價的，這使發動機、驅動程序和編碼器的造價相對昂貴。因為他們是內部制造的產物，所以我們從一開始就關注生產可行性。確保低價使我們相信，未來我們能達到以價格主導的銷售目標。
測試開始后，我們驚喜地發現，在沒有載物的情況下，機械手臂的移動使用了大約2到15瓦。對移動不受限制的機器人而言，能量的消耗至關重要，電池的大小也是造價的關鍵因素。
怎么看待當前市場上的協作型機器人？它們也以反轉作為賣點？
要實現反轉，有以下幾個關鍵點：
1. 模擬力量感應器的使用，對外部能量進行虛擬轉化；
2. 用有彈性的促動器與彈跳器兼容；
3.低總齒輪比（大概100左右），使巨大的外部力量得以轉換。
雖然它能在低速條件下良好運轉，但是在與外界互動的過程中，它尚不能模擬人類手臂的敏捷度和速度。
我們的機器人真的實現了反轉以及低摩擦力，在機械操作上，它能在控制軟件中移動物體——這意味著Eve的前景十分光明，我們希望在未來的若干年里，能與學界以及機器人社區合作，將其靈敏度和速度不斷推向極限。
機器人的下一步怎么走？
目前，我們在尋找投資方，幫助打造Eve的云大腦，這樣就可以將她從產品原型推向大規模工業生產。在這樣一個集能力與低價為一身的機器人身上，我們想要打造她大腦內的生態系統。我們希望讓Eve聰明到知道如何導航并分析周圍的環境、注意到物體在哪里，并能夠精準地抓住它們。利用這些信息，它就能執行更復雜的復合型任務——在云端的App store中這將以眾包的方式實現。欲知詳情，請點擊www.halodi.com
目前，我們在研發Eve原型的第二個版本，主要是為了能展示給大家看。那么，請繼續關注我們吧！
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