不会伤害人类同事的可信任的工业机器人正在向我们走来……
萨米·哈达丁（Sami Haddadin）曾有过一个疯狂的举动，他在机械手臂上安装了一把锋利的刀刃，然后编制了一个程序，让它刺向自己手臂。这可不是他心血来潮的鲁莽之举，而是为了试验一种最新设计的触感应控制方案。他想知道，当刀刃接触到他的皮肉时，是否能够立即阻止机器人的进一步动作。实验结果如他所愿。
如今哈达丁想要让这种安全特性在所有需要与机器人配合的工作中普及开来，由于其代价昂贵，这一重要安全特性只局限于用在一些高度复杂和昂贵的系统中。2017年，哈达丁在德国慕尼黑的创业公司弗兰卡·艾米卡（Franka Emika）计划推出一款更先进的机械手臂，这款机械手臂的特点是易于安装和编程，但最不寻常的还是它的安全性，传统工业机器人都有一定的危险性，因此通常被安置在笼格内，而这款机械手臂可以与人类工人并肩站立，协助他们工作，不用担心会有被机器人伤害的风险。更神奇的是，这款机器人还能够自我复制。
这款机器人以公司名称弗兰卡·艾米卡命名，就像一个有名有姓的人类一样，哈达丁解释道。像弗兰卡这样的机械手臂，是一种能与工人协同工作的机器人系统，通常被称为协作机器人（cobot），是机器人市场增长速度最快的一个细分市场，全球销售额2016年为1亿美元。根据一项估计，5年后将飙升到33亿美元以上。
所有的大型工业机器人制造商都在研发自己的协作机器人，但大部分创新设计都来自初创公司。2012年，“再思考”机器人公司（Rethink Robotics）推出了巴克斯特双臂机器人（Baxter），最近又推出了一款名叫索耶（Sawyer）的单臂机器人。目前在协作机器人领域占据支配地位的是丹麦通用机器人公司，每年出厂的机器人达数千台。即便如此，这种类型的机器人仍然比较罕见，但这种情况有望在未来几年里有所改变，目前哈达丁的公司已获得许多投资者的支持，包括德国机器人制造商Kuka以及其他想要进军这个市场的投资者。
哈达丁曾在德国一个高级机器人实验室工作过，还在硅谷的加速机器人公司威洛车库（Willow Garage）待过一段时间。他说，这款机器人因其多功能的操作技能在众多竞争对手中脱颖而出，除了一些性能指标与其他机器人具有可比性，如7轴运动，80厘米活动范围，3公斤有效负载与0.1毫米的操作精度等，机械手臂还可以完成一些需要精确控制的与工件直接接触的任务，包括钻孔、车削螺纹、磨光抛光，特别是电子产品制造商一直想要实现自动化的各种检验和装配任务。
弗兰卡比通常意义上的机械手臂拥有更多的灵活性，因为它是一款转矩控制的机器人，使用应变仪来测量所有7个运动连接处的力道，哪怕是最轻微的碰触也能测量出来。相比之下，大多数工业机器人根本没有任何的力度感知能力，这也是传统机器人会对边上操作工人构成威胁的原因，它们会在根本感知不到的情况下给人类造成伤害。
安全触摸：萨米·哈达丁（左）的目标是开发一种周围操作工人可以与之直接接触的安全的工厂机器人，2016年推出的弗兰卡·艾米卡机械手臂正是他的研究成果
转矩控制的先决条件之一是需要极为详尽的机器人动力学模型，即使是最微小的影响因素也都要考虑到并反复推敲，如弹性、振动和组件之间的摩擦力，机械手臂通过对力道的实际测量值与模型参考值比较而进行转矩控制，但如果对照模型关闭，对机器手臂的控制也同时关闭。
但哈达丁不是将其视为一个障碍而是视为一种优势。转矩控制机器人的先驱者、哈达丁的导师之一、德国航空航天中心机器人技术和机电一体化研究所的格尔德·海辛格（Gerd Hirzinger）将弗兰卡的问世称为“期待已久的重大突破”。
弗兰卡吸引人们目光的另一个因素是成本，目前这款机器人的预订价格为9900欧元，约合10 500美元，对于拥有如此性能的机械手臂来说，价格之低令人惊讶。相比之下，“再思考”机器人公司的索耶的售价为29 000美元，通用机器人公司的畅销的UR5型机器人的价格甚至更加昂贵，为35000美元。
加州大学圣地亚哥分校语境机器人研究所主任亨利克·克里斯滕森（Henrik Christensen）称弗兰卡的硬件令人钦佩，但他同时指出，协作机器人所面临的主要挑战不仅是硬件，还包括让非专业人员易于操作的软件，他说，万能机器人“正在以其最好的用户界面击败竞争对手。”这是弗兰卡还需要进一步证明自身的一个方面。
谁来购买机器人：根据2016年的工业机器人销售量估计，亚洲，尤其是中国、韩国和日本在这一市场中占据主导地位
哈达丁说他的公司致力于机器人本身设计的同时，对于相应软件的开发也投入了很大的关注。用户可以通过预先编程的机器人动作程序，在触摸屏上点击设定，重新为机器人编程。如果你为一台弗兰卡创建了某个程序项目，还可以通过“云服务”复制到更多的弗兰卡机器臂上。
但也许哈达丁计划中最雄心勃勃的部分是让弗兰卡拥有克隆自身的本领。在量产初期，这款机器人可以完成约80%的工作，但哈达丁坚持认为，我们的目标是100%的自动化。展望未来，哈达丁设想可将作为移动机器人工厂的集装箱送往世界各地。“集装箱内是可以创建出更多弗兰卡的弗兰卡。”他说。
可以自我复制的机器人会大量出现在世界各地吗？无论怎么说，这可能都是一件好事，哈达丁正在努力让它们变成人类友好型，哪怕在它们手里举着刀的时候。
资料来源 IEEE Spectrum
责任编辑 彦 隐
____________________
本文作者埃里科·古伊佐（Erico Guizzo），IEEE Spectrum杂志高级编辑，专注机器人领域科技报道，曾四获尼尔奖