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| 本文作者： 金紅 | 2016-08-10 15:25 |
編者注：本文作者李淼，瑞士洛桑聯(lián)邦理工博士、武漢庫柏特科技創(chuàng)始人。
最近兩天參觀了華為的自動(dòng)化工廠，了解到機(jī)器人抓取在工業(yè)中的應(yīng)用以及未來的前景，備受鼓舞。作為一個(gè)搞機(jī)器人抓取（grasping）接近八年的老“grasper”，覺得還是可以寫寫機(jī)器人抓取的前世今生的。也希望更多對(duì)此感興趣的朋友不要覺得機(jī)器人抓取沒有前途，前路還遠(yuǎn)著呢！
話說當(dāng)年斯坦福1980年前后做出第一個(gè)用于pick-and-place的機(jī)器人臂后（忘記名字了），只用了一個(gè)二指夾具（gripper），好像只有一個(gè)抓取木塊并且堆積在一起的視頻。與此同時(shí)，MIT Salisbury和人搞出了JPL 手，像下面的圖片中，可以通過牛逼的代碼能力（hacking）讓三個(gè)手指轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)長方體木塊。
但是，hacking歸hacking（這個(gè)詞實(shí)在是不知道怎么翻譯合適），還是有人提煉出了一個(gè)科學(xué)問題：給定一個(gè)已知或者未知物體，如何選擇最優(yōu)的抓取點(diǎn)，施加合適的力使得物體能夠?qū)崿F(xiàn)期望的行為？（見下圖）。這些期望的行為，包括保持穩(wěn)定，做一些動(dòng)作，或者是任務(wù)。
從此，開啟了grasping長達(dá)30年的灌水生涯，每次ICRA, IROS上（機(jī)器人主流會(huì)議）， 都有一個(gè)關(guān)于grasping的單獨(dú)部分（session）。最開始這個(gè)領(lǐng)域一個(gè)主要方向是研究這個(gè)問題的數(shù)學(xué)形式，包括各種抓取約束與目標(biāo)函數(shù)，涉及領(lǐng)域包含分析，規(guī)劃與控制，見下圖。 直到李澤湘教授的寫了本集大成的機(jī)器人操作數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教材，這類研究才慢慢不那么熱。這一方向我自己一般叫他們數(shù)學(xué)分析派，目前還是十分活躍。也不知道是什么原因，很多中國學(xué)生在這個(gè)方向。
從另外一個(gè)方面，很多人也做了各種機(jī)器人手的硬件設(shè)計(jì)，試圖從硬件上來結(jié)局這個(gè)問題。這個(gè)方向最開始是MIT的salisbury做，也就是后來的Barrett hand。后來慢慢研究重鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移到歐洲，DLR的劉宏老師做出了更靈巧的DLR hand，目前的版本也是越來越好。當(dāng)然日本人與此同時(shí)也研究了幾個(gè)靈巧手，包括Gifu hand。這些手的一個(gè)核心特點(diǎn)就是為了高大上的靈巧，不惜成本，從而導(dǎo)致每個(gè)手的價(jià)格都是十分高昂，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械臂的價(jià)格。Gifu hand的售價(jià)基本接近百萬了。另外一個(gè)特點(diǎn)就是由于在很小的空間做了大量的復(fù)雜集成，整個(gè)系統(tǒng)通常不是很穩(wěn)健，使用起來需要比較小心。
硬件的改進(jìn)最近隨著耶魯?shù)膭?chuàng)意和比薩大學(xué)的轉(zhuǎn)型，各種便宜的機(jī)械手開始出現(xiàn)，下面就是一個(gè)自由的3D打印手，但是意大利人還是將它賣出了六萬元。這要是放在國內(nèi)，也就是個(gè)玩具了。
硬件的升級(jí)帶來了各種手上用的傳感器的改進(jìn)，手上的比較特殊的就是觸覺傳感器了。各種手指末端的觸覺傳感器和整個(gè)手掌上的觸覺傳感器（比如TexScan）也紛紛產(chǎn)生。這些傳感器日本上還是很貴，但是一個(gè)難點(diǎn)就是傳感器的模型很難建立，或者說觸覺傳感器不是很容易使用，到底該怎么使用觸覺信息，現(xiàn)在還沒有解決。
說了這么多研究方向的機(jī)器人抓取，在工業(yè)上，大部分的抓取操作還是通過了特殊的裝備解決了，必須傳送帶等運(yùn)動(dòng)和分揀裝置。即使要用到抓取，也通常是采用二指夾鉗或者是吸盤。所以才有了第一段的那句IROS經(jīng)典名言： Grasping is solved！這個(gè)事實(shí)其實(shí)讓做grasping的人有點(diǎn)尷尬，因?yàn)橥ǔ４蠹視?huì)覺得這個(gè)研究沒有什么實(shí)際的價(jià)值。不就是手過去合攏，然后拿物體走了。
未完！
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