大寰机器人：给机器人一双灵巧手｜Xtecher 封面
变胞灵巧手经十多年发展后，借着工业类、协作类以及服务类机器人爆发的大势，迎来了最佳的市场切入契机。大寰机器人致力于为机器人研发一双灵巧手，并努力降低其制造成本，为最终能实现从学界到业界的落地而努力。
作者｜小生生
编辑｜小鱼
网址｜www.xtecher.com
微信公众号ID｜Xtecher
在“第八届（中国）深圳创业创新大赛”总决赛中，来自英国伦敦国王学院的团队，凭借着变胞灵巧手拿下总决赛“团队组”以及“先进制造行业组”两个冠军。凭借此次获奖，团队获得了风险投资机构数百万元天使投资，大寰机器人由此创立。
几位联合创始人均来自伦敦国王学院的机器人实验室，毕业之际，也正是创业之时。
Xtecher来到大寰办公室时，实验台上摆着一黑一白两款变胞手，CEO孙杰告诉Xtecher，黑色五指的变胞仿人手价格在十几万元，而白色三指的变胞手，价格则会“亲民”很多，可以更好针对行业中的各种应用。
CTO张新生将控制器和电源连上变胞手，通过电脑控制，三指变胞手可随意变换角度，并相继平稳地将桌上的盘子、碗、水杯和一根黑色水笔抓起。
COO许双甲介绍，普通机器手很难抓取水笔一类的小直径物体。而变胞手如同人类的手掌，可适应不同类型物体，通过改变手指间的角度、距离，以抓取不同大小物体。
变胞灵巧手的由来
变胞的概念最早由伦敦大学国王学院教授、大寰机器人创始人戴建生在1997年首次提出，随后其论文《可折叠可展开的变胞机构活动度》获得1998年ASME机构学双年度大会“最佳论文奖”。 经过十多年的发展，变胞的概念已获得国际认可。
变胞机器人也由此逐渐出现在大众视野，2015年，在天津大学机器人中心，戴建生带领团队将变胞理论结合传统爬行机器人，研发出的变胞机器人比起传统刚性机器人，拥有更多的自由度，更能适应复杂的环境。
变胞机构的特点是在运动的过程中能够发生拓扑结构和自由度的变化，所以会有多个构态，能够完成多种任务，适用于变工况和多任务的场合。根据构型综合设计出所需要变胞机构，可以形成多个机构的性能有机结合。简而言之，变胞机器人更像是机器人多功能的集成化。
例如，传统机器人由于自身结构庞大无法通过狭小通道，而同样体积的变胞机器人，可以通过改变自身结构穿过通道。简单的说，这就是一款可以自由伸缩的“变形金刚”。
可以将机器人的自由度比作人类的关节，与变胞机器人类似，“变胞手也是用最少的关节数量，获得最大程度的灵活度。”
传统机械手通常只有某种特定的功能，而变胞手追求的是更加灵巧，通过一个变胞手实现传统多类机械手的功能，所以从硬件设计的时候就要考虑其通用性。
不过其通用性导致了变胞灵巧手的成本升高以及稳定性的降低，因此团队也正在变胞手的多功能性和稳定性中寻找平衡。
既要变胞手更加灵巧又不能过多降低变胞手的稳定性，这是一个变胞最核心的问题。该如何实现？团队通过对其所有状态进行设计模拟，结合早期戴建生研究的旋量阶数的变化以及在何时发生转换，来确定变胞手变胞的时间和性能，并在其中寻求更好的解决方案。
从学界研究到业界落地
戴建生在提出变胞概念前（1997年），就曾在曼彻斯特Salford大学研究BAe-146飞机的液压系统改型。此后又从液压控制转到机构学机器人学。1990年研制出康复机器人瓦特六杆机构，1992年研制出并联原理六维传感器，1993年研究出机器人直接设计法，1996到联合利华利物浦研究中心研究可重构装配生产线。其在机器领域的研究奠定了日后变胞理论的提出。
在利物浦研究阶段中，戴建生与他的合作者首次提出了变胞机构原理，研究变胞机构及其生成的可重构机器人在自动装配线上的应用。该研究的论文在1998年亚特兰大的ASME（美国机械工程师学会）第25届机构学双年会上获得该国际大会的唯一最佳论文奖，成为1990年代四篇获奖论文之一。
此后，其在机器人领域更是著作等身，先后提出柔性并联机构刚度等各种理论，并逐渐将变胞灵巧手带入国际视野。
从2013年开始，国内外陆续有一批投资人、机器人厂商、研究院邀请戴建生创业，希望将变胞灵巧手产业化。那时起，戴建生便有筹建一个机器人公司的念头，但觉得时机尚未成熟，一方面没有合适的人选，另一方面当时也没有看到机器人市场明显的爆发趋势。
直到2016年，跟随戴建生多年的博士生孙杰、张新生等毕业在即，恰逢在深圳举办了创业创新大赛。戴建生便让他们组团参赛，此后从1400多个团队中脱颖而出，获得团队组冠军，受到资本的青睐，正式拉开创业序幕。
之所以选择变胞灵巧手作为落地方向，以他在帮助英国小微企业提高效率与完成产业化的经验来看，戴建生认为相比变胞机器人，变胞灵巧手落地的可能性更大。早期在实验室，团队追求如何将变胞灵巧手性能做到一百分，而如今进入产业界，要转变思路平衡功能和成本，做适合市场的手。
考虑到国内目前较少有公司布局变胞灵巧手，加上欧洲制造成本、材料成本等偏高，而国内供应链与产业资源丰富，团队综合考虑之后，决定回国发展。
让机器人拥有一双灵巧的手
如果真是一双灵巧手，为何到现在尚未成为业界主流。对此，大寰CEO孙杰表示，一是早期技术水平不够，二是之前来看，由于需求还不明朗，机器人灵巧手价格较高。市面上一套灵巧手的价格通常需要几十万人民币左右，无法被行业内用户普遍接受，所以尚未普及。
要想让这样价格昂贵的灵巧手进入业界，自然有相当大的困难。因此团队正致力于在保证有着合适功能性的前提下，降低灵巧手价格，使之能够适应市场的发展。为降低成本，目前团队大部分精力投入到驱动器、传感器等部件研发，关键部件全部自主开发，同时研发整体驱动的方案，将整套灵巧手做到更小。
就像当年优必选将伺服舵机的价格降低一样，一旦灵巧手的驱动器和传感器价格降低，其制造成本也会大大下降。若价格降低，会进一步刺激销量，一旦有了规模效应，也将进一步降低成本。
而眼下，越来越多公司进入机械臂领域，如越疆科技等。自1956年第一台工业机械臂诞生后，机械臂一直局限在重工业的场景当中。而今机械臂不再只停留于工业场景，也开始陆续进入消费级市场，这无疑对变胞灵巧手来说是个好的趋势。
大寰团队研发的机器人灵巧手与当今处于爆发期的机器人手臂的组合，可以说是天生一对，就如同人类手臂与手掌本就浑然一体。机器人本体和手臂在行业内的爆发，给予了机器人灵巧手更多的想象空间与发展潜力。
创业前，团队对行业做过调查，COO许双甲曾任职Endress+Hauser（专业生产工业仪器仪表的跨国集团），因此对于工业界的机械设备存在的短板较为熟悉，认为机器人灵巧手在特定环节上代替人工大有可为。
一般工业流水线上的装配、打磨等会直接在机械臂末端装上喷枪一类的器材，但对于机械装配、物流分拣而言，若有个灵活的机器手可以减少流程，提升装配、分拣效率，一定程度上可以再度解放人的双手，给予人类创造的空间。
国际机器人联合会（IFR）发布的《2016年世界机器人报告》显示，亚洲业界对工业机器人的需求呈加速之势。2010至2015短短五年间，亚洲地区机器人安装量增长70%，至887,400台。其中2015年的单年销售额增长19%，至160,600台，连续四年刷新纪录。中国是全球最大的工业机器人市场，消耗了国外进口至亚洲（包括澳大利亚和新西兰）43%的机器人。
报告显示，中国仍是亚洲地区机器人需求增长的主要推动力，其主导地位将进一步增强。预计到2019年，全球近40%的机器人将进驻中国市场。
无疑，工业机器人在业界需求量的不断攀升，也给变胞灵巧手带来了很好的机遇。此外，对于救灾机器人，变胞灵巧手也是一个很好的适配部件。
DARPA全球救灾机器人挑战赛就要求机器人闯过各道关卡，并关闭核泄漏的管道阀门。多数情况下，这些阀门、各类控制开关等都是以人手形态来设计，如果有一个和人类手掌一样灵活的机器手，自然有助于救灾机器人提高救灾能力。
目前，大寰机器人已开始和多家服务机器人厂商展开合作，并接到了一些高校的订单，高校一些教授有自己研究方向，例如研究机器人核心算法等。大寰机器人为之开放变胞灵巧手的算法平台，供高校研究者们集成各类自己想要的功能，并验证算法的有效性。
大寰准备在2017年第三季度启动下一轮融资。该笔资金将在样机完全定型并完成所有测试后，用于产品小规模量产试制，以及后续的开模量产。目前已有出货量前几的服务机器人厂商之一与团队达成意向合作，团队也正与世界上一款主流协作机器人厂商洽谈，提供灵巧手作为协作机器人手臂末端执行器。
目前三个手指的变胞手整体构架已完成，团队正在将控制器等部件整合，并进行整体外观的工业设计。根据大寰规划，“今年年底前将正式推出第一款产品，逐步走向量产。”出货量到一定程度后，产品价格将继续下降，或将让变胞灵巧手更快进入业界。
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封面设计：杨帅先 排版：陈光 校对：陈光
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