大寰機器人：給機器人一雙靈巧手

科技 08-15

變胞靈巧手經十多年發展後，借著工業類、協作類以及服務類機器人爆發的大勢，迎來了最佳的市場切入契機。大寰機器人致力於為機器人研發一雙靈巧手，並努力降低其製造成本，為最終能實現從學界到業界的落地而努力。

作者｜小生生

編輯｜小魚

微信公眾號ID｜Xtecher

在「第八屆（中國）深圳創業創新大賽」總決賽中，來自英國倫敦國王學院的團隊，憑藉著變胞靈巧手拿下總決賽「團隊組」以及「先進位造行業組」兩個冠軍。憑藉此次獲獎，團隊獲得了風險投資機構數百萬元天使投資，大寰機器人由此創立。

幾位聯合創始人均來自倫敦國王學院的機器人實驗室，畢業之際，也正是創業之時。

Xtecher來到大寰辦公室時，實驗台上擺著一黑一白兩款變胞手，CEO孫傑告訴Xtecher，黑色五指的變胞仿人手價格在十幾萬元，而白色三指的變胞手，價格則會「親民」很多，可以更好針對行業中的各種應用。

CTO張新生將控制器和電源連上變胞手，通過電腦控制，三指變胞手可隨意變換角度，並相繼平穩地將桌上的盤子、碗、水杯和一根黑色水筆抓起。

COO許雙甲介紹，普通機器手很難抓取水筆一類的小直徑物體。而變胞手如同人類的手掌，可適應不同類型物體，通過改變手指間的角度、距離，以抓取不同大小物體。

變胞靈巧手的由來

變胞的概念最早由倫敦大學國王學院教授、大寰機器人創始人戴建生在1997年首次提出，隨後其論文《可摺疊可展開的變胞機構活動度》獲得1998年ASME機構學雙年度大會「最佳論文獎」。經過十多年的發展，變胞的概念已獲得國際認可。

變胞機器人也由此逐漸出現在大眾視野，2015年，在天津大學機器人中心，戴建生帶領團隊將變胞理論結合傳統爬行機器人，研發出的變胞機器人比起傳統剛性機器人，擁有更多的自由度，更能適應複雜的環境。

變胞機構的特點是在運動的過程中能夠發生拓撲結構和自由度的變化，所以會有多個構態，能夠完成多種任務，適用於變工況和多任務的場合。根據構型綜合設計出所需要變胞機構，可以形成多個機構的性能有機結合。簡而言之，變胞機器人更像是機器人多功能的集成化。

例如，傳統機器人由於自身結構龐大無法通過狹小通道，而同樣體積的變胞機器人，可以通過改變自身結構穿過通道。簡單的說，這就是一款可以自由伸縮的「變形金剛」。

可以將機器人的自由度比作人類的關節，與變胞機器人類似，「變胞手也是用最少的關節數量，獲得最大程度的靈活度。」

傳統機械手通常只有某種特定的功能，而變胞手追求的是更加靈巧，通過一個變胞手實現傳統多類機械手的功能，所以從硬體設計的時候就要考慮其通用性。

不過其通用性導致了變胞靈巧手的成本升高以及穩定性的降低，因此團隊也正在變胞手的多功能性和穩定性中尋找平衡。

既要變胞手更加靈巧又不能過多降低變胞手的穩定性，這是一個變胞最核心的問題。該如何實現？團隊通過對其所有狀態進行設計模擬，結合早期戴建生研究的旋量階數的變化以及在何時發生轉換，來確定變胞手變胞的時間和性能，並在其中尋求更好的解決方案。

從學界研究到業界落地

戴建生在提出變胞概念前（1997年），就曾在曼徹斯特Salford大學研究BAe-146飛機的液壓系統改型。此後又從液壓控制轉到機構學機器人學。1990年研製出康復機器人瓦特六桿機構，1992年研製出並聯原理六維感測器，1993年研究出機器人直接設計法，1996到聯合利華利物浦研究中心研究可重構裝配生產線。其在機器領域的研究奠定了日後變胞理論的提出。

在利物浦研究階段中，戴建生與他的合作者首次提出了變胞機構原理，研究變胞機構及其生成的可重構機器人在自動裝配線上的應用。該研究的論文在1998年亞特蘭大的ASME（美國機械工程師學會）第25屆機構學雙年會上獲得該國際大會的唯一最佳論文獎，成為1990年代四篇獲獎論文之一。

此後，其在機器人領域更是著作等身，先後提出柔性並聯機構剛度等各種理論，並逐漸將變胞靈巧手帶入國際視野。

從2013年開始，國內外陸續有一批投資人、機器人廠商、研究院邀請戴建生創業，希望將變胞靈巧手產業化。那時起，戴建生便有籌建一個機器人公司的念頭，但覺得時機尚未成熟，一方面沒有合適的人選，另一方面當時也沒有看到機器人市場明顯的爆發趨勢。

直到2016年，跟隨戴建生多年的博士生孫傑、張新生等畢業在即，恰逢在深圳舉辦了創業創新大賽。戴建生便讓他們組團參賽，此後從1400多個團隊中脫穎而出，獲得團隊組冠軍，受到資本的青睞，正式拉開創業序幕。

之所以選擇變胞靈巧手作為落地方向，以他在幫助英國小微企業提高效率與完成產業化的經驗來看，戴建生認為相比變胞機器人，變胞靈巧手落地的可能性更大。早期在實驗室，團隊追求如何將變胞靈巧手性能做到一百分，而如今進入產業界，要轉變思路平衡功能和成本，做適合市場的手。

考慮到國內目前較少有公司布局變胞靈巧手，加上歐洲製造成本、材料成本等偏高，而國內供應鏈與產業資源豐富，團隊綜合考慮之後，決定回國發展。

讓機器人擁有一雙靈巧的手

如果真是一雙靈巧手，為何到現在尚未成為業界主流。對此，大寰CEO孫傑表示，一是早期技術水平不夠，二是之前來看，由於需求還不明朗，機器人靈巧手價格較高。市面上一套靈巧手的價格通常需要幾十萬人民幣左右，無法被行業內用戶普遍接受，所以尚未普及。

要想讓這樣價格昂貴的靈巧手進入業界，自然有相當大的困難。因此團隊正致力於在保證有著合適功能性的前提下，降低靈巧手價格，使之能夠適應市場的發展。為降低成本，目前團隊大部分精力投入到驅動器、感測器等部件研發，關鍵部件全部自主開發，同時研發整體驅動的方案，將整套靈巧手做到更小。

就像當年優必選將伺服舵機的價格降低一樣，一旦靈巧手的驅動器和感測器價格降低，其製造成本也會大大下降。若價格降低，會進一步刺激銷量，一旦有了規模效應，也將進一步降低成本。

而眼下，越來越多公司進入機械臂領域，如越疆科技等。自1956年第一台工業機械臂誕生後，機械臂一直局限在重工業的場景當中。而今機械臂不再只停留於工業場景，也開始陸續進入消費級市場，這無疑對變胞靈巧手來說是個好的趨勢。

大寰團隊研發的機器人靈巧手與當今處於爆發期的機器人手臂的組合，可以說是天生一對，就如同人類手臂與手掌本就渾然一體。機器人本體和手臂在行業內的爆發，給予了機器人靈巧手更多的想像空間與發展潛力。

創業前，團隊對行業做過調查，COO許雙甲曾任職Endress+Hauser（專業生產工業儀器儀錶的跨國集團），因此對於工業界的機械設備存在的短板較為熟悉，認為機器人靈巧手在特定環節上代替人工大有可為。

一般工業流水線上的裝配、打磨等會直接在機械臂末端裝上噴槍一類的器材，但對於機械裝配、物流分揀而言，若有個靈活的機器手可以減少流程，提升裝配、分揀效率，一定程度上可以再度解放人的雙手，給予人類創造的空間。

國際機器人聯合會（IFR）發布的《2016年世界機器人報告》顯示，亞洲業界對工業機器人的需求呈加速之勢。2010至2015短短五年間，亞洲地區機器人安裝量增長70%，至887,400台。其中2015年的單年銷售額增長19%，至160,600台，連續四年刷新紀錄。中國是全球最大的工業機器人市場，消耗了國外進口至亞洲（包括澳大利亞和紐西蘭）43%的機器人。

報告顯示，中國仍是亞洲地區機器人需求增長的主要推動力，其主導地位將進一步增強。預計到2019年，全球近40%的機器人將進駐中國市場。

無疑，工業機器人在業界需求量的不斷攀升，也給變胞靈巧手帶來了很好的機遇。此外，對於救災機器人，變胞靈巧手也是一個很好的適配部件。

DARPA全球救災機器人挑戰賽就要求機器人闖過各道關卡，並關閉核泄漏的管道閥門。多數情況下，這些閥門、各類控制開關等都是以人手形態來設計，如果有一個和人類手掌一樣靈活的機器手，自然有助於救災機器人提高救災能力。

目前，大寰機器人已開始和多家服務機器人廠商展開合作，並接到了一些高校的訂單，高校一些教授有自己研究方向，例如研究機器人核心演算法等。大寰機器人為之開放變胞靈巧手的演算法平台，供高校研究者們集成各類自己想要的功能，並驗證演算法的有效性。

大寰準備在2017年第三季度啟動下一輪融資。該筆資金將在樣機完全定型並完成所有測試後，用於產品小規模量產試製，以及後續的開模量產。目前已有出貨量前幾的服務機器人廠商之一與團隊達成意向合作，團隊也正與世界上一款主流協作機器人廠商洽談，提供靈巧手作為協作機器人手臂末端執行器。

目前三個手指的變胞手整體構架已完成，團隊正在將控制器等部件整合，並進行整體外觀的工業設計。根據大寰規劃，「今年年底前將正式推出第一款產品，逐步走向量產。」出貨量到一定程度後，產品價格將繼續下降，或將讓變胞靈巧手更快進入業界。