互遙操作機器人幫助地球人“摸”到火星的岩石

機器人在火星如果觸摸到一塊岩石， 地球上的人便可以身臨其境般感知到這塊石頭的紋理和硬度！這不是科幻， 而是近在眼前的科技。 東南大學儀器科學與工程學院宋愛國教授領銜的《人機交互遙操作機器人的力覺感知與回饋技術》專案近日獲得國家技術發明二等獎， 該成果已在我國載人航太與探月工程中得到應用。

把機器人變成人的代理

在宋愛國的實驗室裡， 有一個大型的機械臂， 可以操縱遠端機器人行動。 而機器人遇到的阻力等各種與環境相互作用的力覺資訊， 又會及時回饋回來，

使操作者能有效控制機器人完成複雜的任務。 宋愛國說， 這種人機交互， 實際就是將人工智慧引入機器人中， 或者說把機器人變成人的代理或傀儡。

他描述了一個情景：當機器人在火星上行走， 觸摸到一塊岩石， 通過裝在機器人指尖和關節間的感測器， 可以將觸覺和力覺回饋給地球上的人類， 使人能身臨其境感知到這塊岩石的紋理如何、硬度如何。 人類可以根據這些回饋， 決定和操縱機器人下一步該如何行動。

這些說起來容易， 技術難點卻很多。 最要命的是延時問題， 從空間到地面的信號傳遞需要7秒， 返回又是7秒， 這段時間裡， 機器人可能已經來到了新的環境， 假如遇到溝， 就可能掉下去。 為解決這個難題，

宋愛國團隊給機器人增加了自己判斷危險的功能， 當攝像頭發現前方是危險環境， 可以不聽人的指令， 自行減速或停下來進行自我調整， 直到收到新的指令。 同時， 他們還建了一個虛擬模型， 環境與真實的一樣， 通過同時操縱虛擬機器人和真實機器人， 來獲得及時回饋。 而虛擬和真實環境的偏差， 通過糾偏系統， 一直控制在5%-7%以內。

20年研發出高精度力測量和力回饋控制系統

最難的還是如何精准測量出機器人的力覺和觸覺。 如果精度不夠， 就會出現這樣的結果：機器人抓到的石頭明明是堅硬的， 回饋來的觸覺卻是如泥一般。 這種偏差會直接導致人類無法決策。 通過反復設計、計算和模擬， 宋愛國團隊用了整整20年， 終於研發出高精度力測量和力回饋控制系統。

據瞭解， 該成果為“嫦娥三號”月面巡視器和衛星在軌服務機器人的遙操作提供了技術與設備保障， 為我國未來空間站艙外大型機械臂的人機交互遙操作任務完成了全面的地面試驗驗證。 該成果還在核反應爐和核電站工程中得到應用， 並在工業機器人、特種機器人、智慧工程機械等領域得到應用和產業化。