Franka：一款安全、低成本、能自我克隆的机械手臂

雷锋网注：图片作者，Edmon de Haro

Sami Haddadin 曾做出过疯狂的举动：在机械手臂上安装了一把锋利的刀，将自己手臂放在刀下方，通过编程控制机械臂执行向下「刺」的动作。自然，这并非是冒失的特技表演。他只是在演示最新设计的压力感应控制方案，当刀接触到肉之后能够立即停止动作。

工厂在尝试机械化生产进程中，为了规避潜在的威胁隐患，通常会将机械手臂安置在笼中，并配备安全人员，协助和确保机械手臂不会对人类造成危险。自然，针对机械手臂的安全功能并非没有，只是受限于复杂程度和成本而始终无法普及。

现在，Haddadin 希望将安全技术变得更亲民，造福所有使用机械手臂的用户。2016 年，他在德国慕尼黑创建了 Franka Emika 公司，并计划于 2017 年推出可以胜任多个应用场景的机械手臂，在偏于用户设置和编程的基础上，最为重要的是不会对人类产生威胁。

哦对了，这款机械手臂还能自我克隆。

这款机械手臂和公司同名，也叫做 Franka Emika——「它就像是姓和名」。Haddadin 解释到，和工人协作的机械手臂并非只有他们一家。事实上，这种类型的系统被统称成协作机器人（简称 cobot），是当前机器人市场需求最旺盛增长最快的类型。根据一份评估报告，2016 年协作机器人全球销售额将超过 1 亿美元，而五年后销售额将超过 33 亿美元。

所有大型工业机器人厂商都在研发自家的协作机器人，但是设计上大部分创新都来自于初创企业。Rethink Robotics 在 2012 年推出了 Baxter 双臂机器人，最近还推出了名为 Sawyer 的独臂机器人。目前在协作机器人领域，占据支配地位的是丹麦公司 Universal Robots，每年的出货量超过数千台。即使如此，这类机器人的占比依然很少。

鉴于未来几年协助机器人的迅速崛起，Haddadin 的公司收到了大量投资者青睐，其中包括德国机器人制造商 Kuka 以及一些涉足该行业的重磅公司。

Haddadin 此前曾在德国一家顶级机器人实验室工作过，并去硅谷的加速机器人公司 Willow Garage 学习了一段时间，他表示 Franka Emika 之所以能够在众多竞争对手中脱颖而出的原因之一就是优秀的操作技能。相比较竞争对手，Franka 在部分规格上存在很大的优势，例如七轴运动、80 厘米有效范围、3 千克有效载荷和 0.1 毫米的精准度等等。针对那些需要物理直接接触的应用情境，例如钻孔、拧螺丝、抛光、以及电子制造商想要实现自动化的各种质检和组装任务中，Fanke 在设计上进行了特别优化，能够以更精密的控制方式进行操作。

由于采用力矩调节控制，Franka 相比常规机械手臂拥有更高的灵活性。它能够使用应变式传感器来测量所有 7 个关节上的力道，哪怕再轻微的碰撞都能检测出来。值得对比的是，大多数工业机器人至今仍未配备压力传感能力，这也正是这些机器的危险之处，因为他们只会按照流程进行操作，不过注意到这方面的细节。

力矩调节控制的选决条件之一，就是拥有丰富且详细的机器人动力学模型。弹力、震动、组件之间的摩擦等这些细节都需要反复推敲。这是因为力矩调节控制需要实时的将机器上测量的实际压力数据和从模型中获得参考值进行比较，如果你将模型关闭，那么也意味着你失去控制的权利了。

在 Haddadin 看来，这并不应该视其为障碍，反而应该将其当作一种优势。力矩调节机器人的先锋人物，同时也是 Haddadin 在德国航空航天中心机器人和机电一体化研究所工作期间的导师之一，Gerd Hirzinger 说道：「真相是，我建模了我所创建的所有东西」，并称 Franka 是「等待了多年的重大突破。」

让 Franka 脱颖而出的另一个因素就是成本。在撰写本文时，这款机器人的预订价格为 9900 欧元，约合人民币 71964.1 元，但是最终发售价格目前还未确认。相对于这款机械手臂的性能来说，我们将同类产品做个比较就可以发现这个价格是明显偏低的。Rethink 的的 Sawyer 售价为 29000 美元（约合 201648.6 元），Universal Robots 公司最畅销的 UR5 机型更贵，售价为 35000 美元（约合 243369.0 元）

位于圣地亚哥的加州大学 Contextual Robotics 研究所主任 Henrik Christensen 说过，Franka 是「令人印象深刻的硬件」。同时他也补充道，协作机器人的主要挑战是不仅仅体现在硬件方面，同时也考量公司在软件方面的造诣，如何能够才能让非专业人士迅速上手。他认为，Universal Robots 之所以击败众多竞争对手获得如此大的成功，就是因为他们提供了迄今为止最好的用户界面。因此摆在 Franka 面前的是，如何在未来进一步证明自己。

Haddadin 表示，将软件放置在同设计机械手臂相同的高度。用户可以通过手势和点击触控屏幕来编程 Franka 进行移动，此外还提供了丰富的预编程运动。一旦用户为一台 Franka 创建了编程，还能通过云端将其复制到其他 Franka 上。

在 Haddadin 的未来路线图中，最雄心勃勃的部分莫过于让 Franka 实现自我克隆。在量产初期，80% 的 Franka 生产流程都可以自我完成，而最终目标是在未来达到 100%，Haddadin 坚信这一天迟早会到来。展望未来，Haddadin 设想通过发送容器将 Franka 当作移动机器人工厂开到世界的各个角落。他说道：「在容器内部将会是由 Franka 创建 Franka。」

大量自我复制的机器人遍布全球？这是值得期待的事情，到时候哪怕它们拿着刀，在 Haddadin 的不懈努力下也会对人类表现的非常友好。

via ieee