【江苏科技报7月16日】单人站立时长超过5小时，日均搬货量约1吨，车间物流任务如何化繁为简？

近日，江南大学智能制造学院张秋菊教授团队自主研发的双臂轮腿式人形机器人“艾德”，为此提供了一种解决方案。该机器人身高1.7米，全身拥有32个自由度，双臂抓取力达到6公斤以上，可以在良好铺装路面快速移动，有望成为一名出色的车间“搬运能手”。

“强关节”爆发澎湃动能

传统车间物流以人工操作为核心，物料员需承担起在仓库与生产线之间的运输物料以及辅助上下料等多重任务。而在智慧车间物流场景下，机器人可以代替物料员进行柔性物料搬运，助力车间物流朝智能化、自动化方向发展。

打造智慧车间物流场景，关键在于为机器人打造可靠的骨骼框架与关节系统，使其能够模仿人类的搬运行为，并具有良好的操作和运载能力。其中，突破关节模组及其控制技术成为机器人能够精确、稳定且高负荷运动的关键。

目前，人形机器人通常采用旋转关节驱动方案，通过无框力矩电机与谐波减速器的结合，实现高扭矩动力输出。但传统的谐波减速器使用的渐开线齿形结构体积大、承载能力较小，大大限制了机器人的空间动作能力和工作负载。

如何在确保高扭矩输出的同时，实现机器人关节的轻量化与小型化，是团队需要攻克的一道难题。为此，团队多次对比国内外设计方案，经过不断试验与总结，发现将关节模组减速器齿形设计为双曲线形式可以有效将承载能力提升至原有的1-2倍，而体积仅是原来的30%。此外，团队面向该方案所量身打造的驱编一体化控制单元，将高集成化驱控电路嵌入模组结构，在实现硬件小型化的同时构建了高精度反馈闭环，更好地适应了高扭矩、高精度的工作条件，满足了机器人关节小型化、轻量化的设计指标。

“灵巧手”赋能细致操作

“艾德”不仅生得“孔武有力”，干起活来还“心灵手巧”。它可以在研究人员的监督下抓取工具，也可以分拣物流箱内不同种类货物，并与人类简单交互。这得益于研究团队开发的五指灵巧手技术。

人体的206块骨头中，有54块在手上。人手运动看似平常，却能胜任从精细物体抓取到复杂工具操作等多种任务。用机械运动复现人手的操作功能，是一个重大挑战。

“艾德”装配的灵巧机械手采用全铝合金打造，内置6个小型直线电缸，采用精密连杆传动方案，具有15个自由度，可以轻松实现握拳、竖掌、捏取等动作，更好复现了人类手势。同时，该机械手每个驱动关节引入电流反馈环，可以做到抓握力的感知与精确计算，为人机互动、易碎物品的抓取提供了可能，使交互操作更具安全性。

据研究人员介绍，这只手的另外一个亮点在于其集成化和轻量化的设计，将所有驱动器、控制器等组件都集成到了掌内，且总重不到0.6千克。这意味着它无需挂载外置驱动结构，仅凭借转接法兰就能连接到现有的机械臂上，体积小巧，轻盈美观。在实验中，机械手在拿钢笔、拎料箱、用扫描枪扫码纠错等多种车间工作场景中表现良好。

“风火轮”推动高效物流

要想成为一名合格的“物流员”，“艾德”既要跑得快，更要跑得稳。

当下，普通物流仓储车间建筑面积已达1000平方米左右，而物料仓与生产线之间的距离通常设置在50米以上。为满足运输要求，机器人单日需在仓库与生产线间往返100余次，日行里程有时甚至会超过16千米。这对机器人的运动速度与稳定性提出了较高要求。

为了让“艾德”在车间运动做到“快、准、稳”，研究团队采用轮腿式构型，简化了运动平衡控制算法流程，降低了机器人在平衡控制上的芯片算力占用，并解决了前代样机加减速振动和重心偏移问题，使其兼具良好的操控性与稳定性。面对移动中存在的障碍物体，机器人搭载的三维激光雷达与视觉导航系统，可以实现区域内全局路径规划与局部路径修正，有效避免障碍碰撞，为“风火轮”提供指示航标。

“‘艾德’测试运动速度为2米/秒，潜在运动速度大于15千米/小时，能够稳定加减速、转向、爬坡，达到了智慧车间物流的基本要求。”江南大学智能制造学院硕士研究生陈苏芃说，“艾德”还搭载了一台48伏特锂电池，应用电源管理技术，确保可以在额定状态下持续工作超5小时。

“当前，‘艾德’机器人已经初步通过车间物流功能性论证，可以完成简单的物流搬运演示。未来，我们希望进一步提升机器人的智力水平、感知能力、双臂协同和灵巧操作能力，让‘艾德’有机会走进中国企业的千门万户，可以在更多的工业应用场景中大显身手。”张秋菊说。

本文来源：江苏科技报http://www.jskjb.com:8081/xpaper/release/144579/158162.shtml

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