随着科技的飞速发展，机器人正在越来越多的场景中得到应用。工业机器人已经成为了各种生产线上的常用设备，而特种和服务机器人也逐渐步入普通百姓的日常生活，如协作机器人、医疗康复机器人、四足机器人以及近期备受瞩目的人形机器人。这些机器人的共同之处就是机械臂运动都离不开作为动力的关节。

赵宸（左立者）在指导学生调试一体化机器人关节

在浙江大学机器人研究院，就有这样一个团队，他们正全力攻克一体化机器人关节的研发难题，助力于让机器人运动变得更加安全精确。“这些都是组装机器狗的零部件，由外协单位加工而成，但其核心部件——一体化关节，则由我们团队自主研发。有了一体化关节加持，机器狗变得更加灵活，可以顺利完成翻跟头等复杂动作。”近日，记者走进浙江大学机器人研究院一体化机器人关节项目团队采访，团队成员陈超、郭俊涛介绍了相关研发情况。

团队成员在研究一体化机器人关节中的驱动控制板

团队负责人赵宸告诉记者，以往的工业机器人都在特定的环境中工作并完成特定操作，与周围环境通过安全网相隔离，但是协作机器人、医疗康复机器人、四足机器人、人形机器人等服务类机器人则截然不同，它们需要与环境进行频繁互动。例如，协作机器人和医疗康复机器人需要与操作人员密切接触；四足和双足机器人的机械腿需要与地面频繁接触。由于这些机器人接触的情况复杂多变，其间会产生较强的冲击和意外接触，为了保障人员、机器人以及周围环境不被破坏，理所当然对机器人的驱动和运动控制提出了新的要求，而要满足这些要求，就需在新一代机器人关节中寻求突破。

一体化机器人关节

赵宸介绍，团队正集中精力研发的一体化机器人关节就是一种新一代机器人关节，它集成了电机、加速器、传感器及驱动控制器等机器人核心部件，要求结构紧凑、运动精度高、安全可靠。虽然直径仅有9厘米，重量约500克，但它决定着机器人的运动性能。

为了实现安全的人机以及机器人与环境的接触，一体化机器人关节还集成了更多的传感器以及计算技术。其中一种颇具特色的创新是集成了弹性元件，比如旋转弹簧。这个弹簧既可以在机械臂与人员和环境接触时提供缓冲，也可以通过对弹簧形变的测量，实时获取接触的力和扭矩，从而实现既安全又符合预期的接触效果。简而言之，就是机器人能以使用者期望的方式与使用者互动，比如握手或者在撞击时避让。为了充分发挥一体化机器人关节以及弹性元件的功能，需要研究者开发新的控制和数据处理算法。与此同时，为了提高机器人的整体性能，各关节及机器人中央控制器之间的通讯功能也必须得到加强，以此实现机器人安全、精确、准时的运动功能。

赵宸说，目前项目团队研究的机器人关节已经开发到第三代，驱动控制器已经开发到第二代。其中，驱动控制器已能初步满足产业化要求，并可以应用于其它类似的伺服驱动系统。开发的一体化机器人关节可以应用于四足机器人等系统，且样机的性能逐步得到改进，以适应加工和生产的实际需求，符合产业化要求。接下来，团队将把关节设计和控制算法的优化作为重点攻坚对象，并进一步完善通讯功能和改进生产适应性，以更好地满足产业化生产要求。

据介绍，一体化机器人关节研究项目于2022年3月启动，团队成员由浙江大学机器人研究院的老师、硕博士研究生组成，涵盖了机器人设计、自动化控制、传感器技术、计算机技术、通讯技术、功率电子技术等多个专业领域，他们具有丰富的科研、设计经验。其中团队负责人赵宸博士在机电一体化和机器人领域控制方向有长达15年研究经验，掌握运动和驱动控制关键技术，并在市场化应用方面有成熟经验，主持、参加过德国以及其他国家的20多项政府机构的科研项目，是机器人研究院特聘的专家。

经过两年多的不懈努力，眼下团队已向某些行业内的企业展示了研发的一体化机器人关节，引起了不少企业的兴趣。此类设备适用于服务机器人和特种机器人，可以实现安全的人机接触和互动。值得一提的是，此类弹性关节也同样适用于人形机器人，如应用于机器人手臂可提高控制精度，应用于腿部可在行走和奔跑过程中减小冲击，使运动更柔顺。“对于这个研究项目，我们计划在2025年初申报‘姚江英才’计划。”赵宸说。

【报道来源：姚界】