现有机械臂的构型是最优解吗？


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在去年机器人大讲堂一篇文章就曾提出过这个思考，从全球机器人形态的演变来看，传统工业机械臂和协作机械臂大多是为了工业场景的刚性生产需求而诞生，如今在中国机器人已经站在了全球全列，不仅在工业领域中，各类场景机器人的需求愈发明显，那么在材料学进展飞快的当下，机器人能否更多表现？

今年6月份，机器人大讲堂注意到蓝驰创投、顺为资本联合领投了一家做机械臂的新企业【万勋科技】，其PreA+系列融资的累计金额就达到了近千万美元，主要领域则是交互式机器人。

虽然在当时该公司的产品并未公布，其官网也全无相关介绍，但只言片语中却对于机器人的结构样式提出了新的思考，这让机器人大讲堂一直保持着关注。

直到近日，万勋科技宣布推出 Nimbo™ 系列柔韧臂，赋能服务机器人安全交互，才正式将这款长相独特的机械臂亮相在人们的眼前。

▍奇特外观下的刚柔并济

从外观上来看，我们能直观感觉到Nimbo™的机械臂采取了与市场主流不同的伸缩一体化构型，这种类似于大象鼻子的仿生设计让其整体可以实现大曲线幅度的伸缩转向灵巧运动，关节冗余度丰富，外表也更加柔性。

在官网介绍上，Nimbo™系列柔韧机器臂按照臂展被分为KN600，KN800和KN1000三款产品，里面又分为L型和H型。

三款产品能从视觉上明显区分，KN600和KN800是标志性的伸缩型柔韧臂样式，两款本体的底座和体积显得更粗壮，而KN1000则是一款小臂段采取伸缩新设计，大臂端和底座采取传统协作机械臂样式。

在功能介绍中，我们注意到Nimbo™系列柔韧机器臂加入了“肌肉”的概念。其中KN600是20肌肉和7自由度，KN800则是21肌肉、3自由度，KN1000则只有8肌肉和3+3自由度。

详细来看，KN600这多的一个自由度其实指的是额外内部关节排布的“内部自由度（Null-space DoF）”，作用不仅能提升了手臂避障和手肘灵巧摆放的灵活性，还可以实现更好的避障或狭小空间作业。

伸缩性是万勋科技所认为机械手臂灵巧作业的关键性指标，KN800就将柔韧肌肉的基本运动模态“伸缩”特性表现的非常明显。

据了解，相较刚性较强的传统机械臂构型，Nimbo™系列柔韧机器臂在此伸缩运动的基础上，柔韧臂的每一层关节如果围绕着一个固定的点产生转动，则实现的是一个层关节的偏转运动，而柔韧关节如果自有伸展不受限制，则同一层柔韧肌肉的同时伸长和缩短则能够带来该层的整体伸缩形变。

基于以上的偏转和伸缩两种层关节运动，此类柔韧臂可以在工作空间内实现大范围的伸缩和偏转运动，甚至伸到狭小空间内进行抓取作业。

▍软硬件全新底层技术

就基本原理上来说，万勋科技必然在传统电机关节刚性机械臂的基础上进行了底层逻辑的颠覆式创新。

因为与传统电机方案不同，万勋科技的机器人内部采用柔性材料构成的柔韧肌肉关节，代替了电机和精密减速机驱动的刚性关节，同时使用SlimDrive高精度气流驱控代替了电机驱动，使其密闭性更强。

柔韧臂与传统刚性机械臂的基本构性完全不同，它没有传统意义上的电机关节串联，而是将一系列的柔韧肌肉单元构成了一个阵列，分不同的“层关节”组成了完整的手臂。

之所以能实现这类结构创新，再进一步从技术方案上来看，万勋Nimbo™系列柔韧臂不仅在材质上采用一些先进柔性材料和仿生结构构型，从而以高分子聚合物构建了一种全新的柔韧执行单元。

因此，如果单独以所使用的柔韧肌肉数来计算轴数的话，一根典型的柔韧臂可能有7-14“轴”，这大大超过了刚性手臂的电机关节数，能够实现比七轴机器人更加灵活的弯曲及伸缩。

其运动的主要原理是随着内部气压的增加或减少，柔韧肌肉能变长或缩短，从而产生形变运动特征。由于柔韧肌肉的柔性，相邻肌肉间可以产生对抗式的拉扯，来增加整体手臂的刚度和稳定性，从而实现KN1000的刚柔并济特性。

这种柔韧构型的天然柔软特性和流体驱动的柔顺可压缩性，造就了Nimbo™系列柔韧臂在与人、与物与环境的互动中可以在任意时间、任意工况下以任意方式发生推挤、碰撞、击打，而始终以自身的柔性保证场景灵活性。

基于对传统机械臂场景的深度剖析和机械臂全栈技术的积累，深入理解和演化，在软件算法层面，万勋科技以自研的集成式运动控制平台MIU 和智能解算平台 PSAI 为依托，从机器人载具、机械臂、执行器等硬件系统，到驱动控制、运动解算、导航规划、智能识别、遥操作等软件技术的全面贯通。

为了实现这种全新的结构设计，万勋又采取了一种叫做Pliabot™的柔韧机器人底层技术，配合了自研的SlimDrive高精度微气流驱控和SlimEngine柔韧核心控制算法，目前看来有可能开创形成了一套独立的机械臂体系。

同时万勋团队在早期轻量化机械臂的底层研发基础上，逐步向上向下拓展技术边界，利用3年时间夯实基础，进一步搭建了机器人移动式/吊舱式底盘、灵巧机械臂、末端执行器等硬件组件。成功将交互性、安全性、作业能力、场景适应性融合进机器人，衍生出了 K 系列机械臂、夹爪等系列化核心产品，带来了服务行业机器人大范围柔性作业的全新可能。

基于SlimEngine的柔韧构型核心算法代替传统机械臂的正反解，实现了对经典刚性机械手臂的全栈式创新，万勋机器人构建了全栈式贯通的技术优势，未来无疑能够更好地快速二次迭代。

▍原生型安全交互

因为机械臂作为机器人领域历史最绵长、发展最成熟、应用最广泛的产品形态之一，在底层算法、驱动方式上大多有着较强的延续性，需要依赖一系列软硬件的改动和限制，来实现所需的柔性、安全性和交互控制。例如在安全性方案上，长期以来机械臂不断提升安全性主要是通过加入各类传感器策略，从而与人安全有效的进行交互。

而万勋科技采用全新方案基于“软体机器人”的全新概念打造的“柔韧机器人”，主要使用刚柔混合的安全策略，用更加柔软的材料作为身躯构建机器人，同时采取柔韧技术用刚柔融合来给软体机器人加入骨骼和脊梁。

超轻的自重是万勋科技保证柔韧臂安全的另一个秘密武器。

由于大量采用了密度远低于传统机械臂金属材料的高分子聚合物和复合材料，柔韧臂的自重大大降低，在发生碰撞时很容易停止，引发的二次伤害远远小于刚性手臂。

同时自重轻带来了更低的能耗和更加便于安装和搬运，进一步拓宽了柔韧臂的应用领域。柔韧臂自重轻，负载大，带来负重比的大幅提升，有效提高移动式作业的作业效能，每个柔韧肌肉自带密封无接触缝隙，带给柔韧臂出众的防尘防水性能，适用于户外长期工作。目前三款机器人的防护等级都做到了非常不错的水平。

据了解，在服务场景的典型使用频率下，柔韧技术的肌肉使用年限约为3-5年，柔韧机器人的其他组成部分（刚性结构件和硬件电路等）则有10年以上的正常使用寿命。

▍准确的市场定位

按照万勋科技官网的区分，三款产品的主要市场定位也非常明确。

KN600主打是能够任意方式安装的万元级轻量型柔韧臂，KN800则突出了能够实现300-800mm大伸缩比的优势，KN1000则是一款刚柔混合型柔韧臂。因此三款产品在应用场景上有着较大的区别。

与市面上主流的机械臂产品在工业场景不断开疆拓土有所区别，万勋科技突出了其机械臂和相关产品的柔性化优势特征，从而主要针对了服务市场的需求。

目前针对许多服务场景，从工业机械臂到协作型机械臂企业都有尝试切入，但这些场景往往对于机械臂的精度、速度和负载要求并不高，同时在自重上仍然较高，自重比不理想、功能冗余对于企业而言意味着部署方式的局限以及较大的采购负担，但这个痛点在市场上创新性不足的情况下并不算明显。

而万勋科技则无疑抓住了这个微小的细节，致力于为人型机器人、移动式作业、交互式作业等广泛场景提供灵活、安全、柔韧、可负担的交互作业型机械臂创新性解决方案。

整体而言，可以说其率先实现了对冗余柔性构型和刚柔混合构型机器人的平稳高精度控制，从而将机械臂“轻自重、大负载、高灵活度、碰撞安全、精确平顺”等核心指标的兼备变成了现实，同时入门型量产价低至万元级，为服务机器人在复杂环境下的安全有效作业提供了全新的、可负担的解决方案。

由于柔韧机械臂对于安装和操作几乎没有传统机械臂的限制，因此非常适合搭载于各种移动机器人平台上。在官网介绍中可以看到，万勋科技发布的Orion 猎户座柔韧臂，能够灵活适配与兼容不同载具，如无人机系统以及各类机器人底盘，最大负载自重比达到3:1，这相对于通常负重比在1:10-1:20的工业机械臂，1:3-1:5负重比的协作机械臂，无疑能够促进场景融合，赋能多行业应用。

为此，万勋科技的产品也不仅仅局限于机械臂，万勋通过采用模块化策略，在早期单品研发的基础上突出可移植性和可替换性，针对移动巡检、能源运维等不同场景的需求快速迭代了一系列具有独创特色的移动式交互式服务机器人解决方案，初步构建了以柔韧机械臂为核心的产品矩阵。

▍关于万勋科技

万勋科技成立于2019年，致力于为行业和家庭提供柔性、灵巧、安全的作业型交互式服务机器人解决方案。创始人和核心团队具有美国哈佛大学、德国慕尼黑工业大学、新加坡南洋理工大学、香港大学、清华大学、哈尔滨工业大学、南方科技大学等海内外顶尖高校的扎实技术背景，资方名单包括蓝驰创投、顺为资本、万物资本、祥峰投资、万物资本和英诺天使等。

关键词： 类似象鼻子已经商业化这款机械臂的形态有点抢眼