Franka：一款安全、低成本、能自我克隆的機械手臂

雷鋒網注：圖片作者，Edmon de Haro

Sami Haddadin 曾做出過瘋狂的舉動：在機械手臂上安裝了一把鋒利的刀，將自己手臂放在刀下方，通過程式設計控制機械臂執行向下「刺」的動作。自然，這並非是冒失的特技表演。他只是在演示最新設計的壓力感應控制方案，當刀接觸到肉之後能夠立即停止動作。

工廠在嘗試機械化生產進程中，為了規避潛在的威脅隱患，通常會將機械手臂安置在籠中，並配備安全人員，協助和確保機械手臂不會對人類造成危險。自然，針對機械手臂的安全功能並非沒有，只是受限於複雜程度和成本而始終無法普及。

現在，Haddadin 希望將安全技術變得更親民，造福所有使用機械手臂的用戶。2016 年，他在德國慕尼克創建了 Franka Emika 公司，並計畫於 2017 年推出可以勝任多個應用場景的機械手臂，在偏於用戶設置和程式設計的基礎上，最為重要的是不會對人類產生威脅。

哦對了，這款機械手臂還能自我克隆。

這款機械手臂和公司同名，也叫做 Franka Emika——「它就像是姓和名」。Haddadin 解釋到，和工人協作的機械手臂並非只有他們一家。事實上，這種類型的系統被統稱成協作機器人（簡稱 cobot），是當前機器人市場需求最旺盛增長最快的類型。根據一份評估報告，2016 年協作機器人全球銷售額將超過 1 億美元，而五年後銷售額將超過 33 億美元。

所有大型工業機器人廠商都在研發自家的協作機器人，但是設計上大部分創新都來自於初創企業。Rethink Robotics 在 2012 年推出了 Baxter 雙臂機器人，最近還推出了名為 Sawyer 的獨臂機器人。目前在協作機器人領域，佔據支配地位的是丹麥公司 Universal Robots，每年的出貨量超過數千台。即使如此，這類機器人的占比依然很少。

鑒於未來幾年協助機器人的迅速崛起，Haddadin 的公司收到了大量投資者青睞，其中包括德國機器人製造商 Kuka 以及一些涉足該行業的重磅公司。

Haddadin 此前曾在德國一家頂級機器人實驗室工作過，並去矽谷的加速機器人公司 Willow Garage 學習了一段時間，他表示 Franka Emika 之所以能夠在眾多競爭對手中脫穎而出的原因之一就是優秀的操作技能。相比較競爭對手，Franka 在部分規格上存在很大的優勢，例如七軸運動、80 釐米有效範圍、3 千克有效載荷和 0.1 毫米的精准度等等。針對那些需要物理直接接觸的應用情境，例如鑽孔、擰螺絲、拋光、以及電子製造商想要實現自動化的各種質檢和組裝任務中，Fanke 在設計上進行了特別優化，能夠以更精密的控制方式進行操作。

由於採用力矩調節控制，Franka 相比常規機械手臂擁有更高的靈活性。它能夠使用應變式感測器來測量所有 7 個關節上的力道，哪怕再輕微的碰撞都能檢測出來。值得對比的是，大多數工業機器人至今仍未配備壓力傳感能力，這也正是這些機器的危險之處，因為他們只會按照流程進行操作，不過注意到這方面的細節。

力矩調節控制的選決條件之一，就是擁有豐富且詳細的機器人動力學模型。彈力、震動、元件之間的摩擦等這些細節都需要反復推敲。這是因為力矩調節控制需要即時的將機器上測量的實際壓力資料和從模型中獲得參考值進行比較，如果你將模型關閉，那麼也意味著你失去控制的權利了。

在 Haddadin 看來，這並不應該視其為障礙，反而應該將其當作一種優勢。力矩調節機器人的先鋒人物，同時也是 Haddadin 在德國航空航太中心機器人和機電一體化研究所工作期間的導師之一，Gerd Hirzinger 說道：「真相是，我建模了我所創建的所有東西」，並稱 Franka 是「等待了多年的重大突破。」

讓 Franka 脫穎而出的另一個因素就是成本。在撰寫本文時，這款機器人的預訂價格為 9900 歐元，約合人民幣 71964.1 元，但是最終發售價格目前還未確認。相對於這款機械手臂的性能來說，我們將同類產品做個比較就可以發現這個價格是明顯偏低的。Rethink 的的 Sawyer 售價為 29000 美元（約合 201648.6 元），Universal Robots 公司最暢銷的 UR5 機型更貴，售價為 35000 美元（約合 243369.0 元）

位於聖地牙哥的加州大學 Contextual Robotics 研究所主任 Henrik Christensen 說過，Franka 是「令人印象深刻的硬體」。同時他也補充道，協作機器人的主要挑戰是不僅僅體現在硬體方面，同時也考量公司在軟體方面的造詣，如何能夠才能讓非專業人士迅速上手。他認為，Universal Robots 之所以擊敗眾多競爭對手獲得如此大的成功，就是因為他們提供了迄今為止最好的使用者介面。因此擺在 Franka 面前的是，如何在未來進一步證明自己。

Haddadin 表示，將軟體放置在同設計機械手臂相同的高度。使用者可以通過手勢和點擊觸控螢幕來程式設計 Franka 進行移動，此外還提供了豐富的預程式設計運動。一旦用戶為一台 Franka 創建了程式設計，還能通過雲端將其複製到其他 Franka 上。

在 Haddadin 的未來路線圖中，最雄心勃勃的部分莫過於讓 Franka 實現自我克隆。在量產初期，80% 的 Franka 生產流程都可以自我完成，而最終目標是在未來達到 100%，Haddadin 堅信這一天遲早會到來。展望未來，Haddadin 設想通過發送容器將 Franka 當作移動機器人工廠開到世界的各個角落。他說道：「在容器內部將會是由 Franka 創建 Franka。」

大量自我複製的機器人遍佈全球？這是值得期待的事情，到時候哪怕它們拿著刀，在 Haddadin 的不懈努力下也會對人類表現的非常友好。

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