雙臂類人型具身智能方向：一文匯總Franka機(jī)器人在科研、醫(yī)療等雙臂機(jī)器人研究案例和雙臂方案參考

Franka雙臂機(jī)器人在類人操作科研中具有顯著優(yōu)勢，其7個自由度的設(shè)計模仿了人類手臂的運(yùn)動能力，提供了更高的靈活性和精確度；Franka機(jī)器人配備了先進(jìn)的力感知技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對接觸力的敏感反饋，這對于執(zhí)行精細(xì)操作和避免損傷物體至關(guān)重要。此外，雙臂設(shè)計支持復(fù)雜的協(xié)同任務(wù)，如裝配和搬運(yùn)，模擬了人類的雙手操作模式，提高了任務(wù)執(zhí)行的效率和自然性。這些特點使得Franka機(jī)器人成為研究先進(jìn)操作技能、人機(jī)交互和自動化裝配等領(lǐng)域的理想平臺。本文匯總Franka雙臂機(jī)器人在科研、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的全球前沿案例。

雙臂Franka機(jī)器人的協(xié)同操作在研究和技術(shù)發(fā)展方面具有重要意義，尤其在類人操作、協(xié)同控制和環(huán)境感知等關(guān)鍵領(lǐng)域。

雙臂Franka機(jī)器人通過模擬人類雙手的分工與協(xié)作，能夠完成復(fù)雜的任務(wù)，如抓取、搬運(yùn)和裝配。這種類人操作不僅提高了任務(wù)的靈活性和適應(yīng)性，還為研究人機(jī)交互和機(jī)器人自主學(xué)習(xí)提供了新的思路。例如，通過模仿人類雙手的協(xié)同動作，機(jī)器人可以在復(fù)雜環(huán)境中自主調(diào)整操作策略，實現(xiàn)更高效的任務(wù)完成。

雙臂Franka機(jī)器人通過精確的運(yùn)動規(guī)劃和控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的協(xié)同任務(wù)。例如，在雙臂協(xié)同裝配任務(wù)中，一個機(jī)械臂可以固定部件，另一個機(jī)械臂進(jìn)行精確裝配。這種協(xié)同操作不僅提高了任務(wù)的精度，還減少了單臂操作的時間和資源消耗。此外，協(xié)同操作還涉及到多臂之間的力和位置控制，通過引入先進(jìn)的控制算法（如阻抗控制和力反饋控制），機(jī)器人可以在復(fù)雜任務(wù)中實現(xiàn)更高的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

雙臂Franka機(jī)器人的協(xié)同操作高度依賴于環(huán)境感知能力。通過配備多種傳感器（如視覺傳感器、力傳感器和觸覺傳感器），機(jī)器人可以實時感知周圍環(huán)境并做出相應(yīng)調(diào)整。例如，視覺傳感器可以用于目標(biāo)識別和定位，力傳感器可以感知接觸力并調(diào)整操作力度，觸覺傳感器則可以提供接觸反饋，增強(qiáng)操作的精準(zhǔn)性和安全性。這種多模態(tài)感知能力不僅提升了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性，還為實現(xiàn)自主決策和任務(wù)優(yōu)化提供了技術(shù)支持。

在該研究中，雙臂Franka機(jī)器人被用于執(zhí)行復(fù)雜的協(xié)作操作，特別是在高精度制造任務(wù)中。研究提出了一種基于任務(wù)空間控制的方法，旨在優(yōu)化雙臂的協(xié)作效率。通過該方法，機(jī)器人能夠在抓取和搬運(yùn)過程中精確地分配任務(wù)，減少手臂之間的沖突，并提高整體任務(wù)的執(zhí)行速度和精度。核心技術(shù)包括動態(tài)力矩分配和協(xié)調(diào)算法，使機(jī)器人能夠同時處理多個操作任務(wù)，并確保在多個步驟之間順暢切換。

該方法結(jié)合了視覺傳感器和力傳感器的數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r調(diào)整雙臂的動作。例如，在搬運(yùn)一個易碎物體時，機(jī)器人可以根據(jù)視覺反饋來判斷物體的姿態(tài)，并根據(jù)觸覺傳感器的輸入調(diào)整操作力度。這樣，雙臂機(jī)器人就能高效地執(zhí)行精密操作，如裝配、搬運(yùn)等復(fù)雜任務(wù)，并避免意外碰撞。

實驗結(jié)果表明，該技術(shù)能夠顯著提高雙臂機(jī)器人在工業(yè)自動化中的應(yīng)用效率，特別是在生產(chǎn)線的高精度裝配和物品搬運(yùn)任務(wù)中，機(jī)器人通過雙臂協(xié)作能夠減少操作時間，提升生產(chǎn)力。該方法具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其適用于對精度要求高的工業(yè)生產(chǎn)和制造環(huán)境。

Feichen實驗室的研究致力于雙臂Franka機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的自主操控，尤其是在裝配和多任務(wù)操作中的應(yīng)用。研究團(tuán)隊開發(fā)了一種基于深度學(xué)習(xí)的視覺系統(tǒng)，通過實時處理傳感器數(shù)據(jù)，幫助機(jī)器人做出精確的操作決策。這種系統(tǒng)能夠使機(jī)器人在復(fù)雜任務(wù)中自主判斷和調(diào)整操作策略，例如根據(jù)零部件的位置、姿態(tài)和形狀調(diào)整抓取方式。

為了解決多任務(wù)操作中的協(xié)調(diào)問題，團(tuán)隊提出了一種自適應(yīng)控制算法，使得機(jī)器人能夠根據(jù)任務(wù)的不同需求動態(tài)地分配雙臂的工作量。例如，在裝配過程中，機(jī)器人可以根據(jù)零件的特性自動調(diào)整雙臂的抓取方式和力量，從而確保操作的精確性。這項技術(shù)不僅增強(qiáng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力，還提高了其多任務(wù)處理的效率。

Feichen實驗室的研究展示了雙臂Franka機(jī)器人在工業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。特別是在需要高精度操作和靈活性的場景中，機(jī)器人能夠自主完成高難度任務(wù)，表現(xiàn)出與人類相似的靈活性和協(xié)調(diào)性。這為未來機(jī)器人在智能制造和精密操作中的廣泛應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支持。

TU Darmstadt的研究團(tuán)隊專注于雙臂Franka機(jī)器人在動態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用，尤其是在高精度操作任務(wù)中的表現(xiàn)。團(tuán)隊提出了一種基于動力學(xué)優(yōu)化的控制方法，目的是增強(qiáng)雙臂機(jī)器人在復(fù)雜和動態(tài)環(huán)境中的適應(yīng)性。該控制算法通過實時反饋來調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動參數(shù)，使其能夠有效應(yīng)對環(huán)境中的不確定性，如零件的微小移動或外部干擾。

例如，在裝配任務(wù)中，機(jī)器人不僅需要精確地抓取零件，還要應(yīng)對可能發(fā)生的干擾和誤差。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，機(jī)器人結(jié)合了視覺和力控系統(tǒng)，通過不斷調(diào)整雙臂的動作來補(bǔ)償誤差，確保任務(wù)能夠順利完成。這種優(yōu)化控制方法可以實時調(diào)整機(jī)器人的操作姿勢和力量分配，使其能夠在動態(tài)環(huán)境下執(zhí)行高難度的協(xié)作任務(wù)。

此外，研究還探討了機(jī)器人在多任務(wù)環(huán)境下的表現(xiàn)，特別是在多臂協(xié)作時，如何通過任務(wù)分配和負(fù)載平衡來提高效率。該方法適用于各類需要雙臂協(xié)作的高精度任務(wù)，如機(jī)器人裝配、焊接和復(fù)雜制造任務(wù)，極大提升了工業(yè)自動化的靈活性和效率。

雙臂Franka機(jī)器人在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在蔬菜和水果的處理過程中，展現(xiàn)了其在精細(xì)操作中的巨大潛力。機(jī)器人通過結(jié)合視覺和觸覺傳感器，能夠進(jìn)行高精度的抓取和剝皮操作。例如，在處理蔬菜時，機(jī)器人能夠根據(jù)物體的形狀和質(zhì)地調(diào)整操作力度，避免損傷食物。這一技術(shù)使得機(jī)器人能夠像人類一樣靈活操作，處理不同的食品，確保每一項任務(wù)的高效執(zhí)行。

機(jī)器人還能夠執(zhí)行自動化采摘、清洗等任務(wù)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。在自動采摘過程中，機(jī)器人利用視覺識別技術(shù)，精確判斷水果的成熟度和位置，并通過雙臂的協(xié)調(diào)配合將其采摘下來。此外，機(jī)器人通過觸覺傳感器實時感知物體的硬度和脆弱度，能夠在剝皮和清洗過程中精確調(diào)整力度，避免食品損壞。

這項技術(shù)大大減少了人工勞動成本，提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，尤其在大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，能夠全天候不間斷工作，顯著提高生產(chǎn)能力，確保食品的質(zhì)量和一致性。

PRINLAB的研究集中于雙臂Franka機(jī)器人在智能裝配中的應(yīng)用。該團(tuán)隊開發(fā)了一種先進(jìn)的協(xié)作算法，使機(jī)器人能夠在復(fù)雜的裝配任務(wù)中高效協(xié)作，尤其是在需要高精度的零部件組裝時。通過視覺識別和力控技術(shù)，機(jī)器人能夠?qū)崟r檢測零件的位置和形態(tài)，并自動調(diào)整操作方式，從而確保裝配任務(wù)的精度和效率。

關(guān)鍵技術(shù)包括任務(wù)分配算法和動態(tài)協(xié)作控制，使得雙臂機(jī)器人能夠根據(jù)任務(wù)的需求靈活調(diào)整操作策略。例如，在一個復(fù)雜的電子產(chǎn)品裝配任務(wù)中，機(jī)器人能夠精確地將每個零部件放置到正確的位置，同時避免裝配過程中發(fā)生沖突。這種智能協(xié)作大大提升了生產(chǎn)效率，減少了人為錯誤。

通過集成傳感器數(shù)據(jù)和AI控制算法，PRINLAB的系統(tǒng)不僅提高了機(jī)器人在工業(yè)自動化中的應(yīng)用效果，還使其能夠在復(fù)雜的生產(chǎn)線中與其他機(jī)器或操作員進(jìn)行協(xié)同工作，進(jìn)一步提升生產(chǎn)能力和靈活性。

Hydrabyte公司推出的Robosphere系統(tǒng)是一種針對Franka機(jī)械臂組近場運(yùn)動規(guī)劃的優(yōu)化解決方案。該系統(tǒng)的核心在于其獨特的多機(jī)器人技術(shù)，能夠在極小的空間內(nèi)并行執(zhí)行多個裝配流程，顯著提高生產(chǎn)效率和空間利用率。通過精確的運(yùn)動規(guī)劃和協(xié)同控制，Robosphere能夠確保機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的高效操作，同時減少碰撞風(fēng)險。

Hydrabyte與Olive Robotics GmbH合作，將在展會上展示基于Olive Robotics模塊化組件的Franka機(jī)器人系統(tǒng)裝配過程。這種合作不僅體現(xiàn)了Robosphere系統(tǒng)的靈活性和兼容性，還展示了其在實際工業(yè)場景中的應(yīng)用潛力。通過模塊化設(shè)計，用戶可以根據(jù)需求快速配置和調(diào)整Franka機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)一步提升生產(chǎn)的靈活性和適應(yīng)性。

總的來說，Robosphere系統(tǒng)為多Franka機(jī)器人協(xié)同作業(yè)提供了一種高效、靈活且可靠的解決方案，特別適用于空間受限但需要高效率生產(chǎn)的工業(yè)場景。

雙臂Franka機(jī)器人展示了其在工業(yè)自動化中的巨大潛力，尤其是在高效生產(chǎn)線和自動化裝配任務(wù)中的應(yīng)用。通過結(jié)合AI算法和機(jī)器人協(xié)作技術(shù)，F(xiàn)ranka能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中完成自動化裝配、焊接和檢驗等任務(wù)。

該系統(tǒng)通過任務(wù)調(diào)度和動態(tài)協(xié)作控制，使雙臂機(jī)器人能夠高效地完成多個步驟的操作。例如，在汽車制造過程中，機(jī)器人能夠自動進(jìn)行零部件的安裝和調(diào)試，通過視覺識別技術(shù)精確定位零件，并利用雙臂協(xié)作進(jìn)行裝配。整個過程高度自動化，大幅提高了生產(chǎn)線的效率和穩(wěn)定性。

通過集成AI和機(jī)器人控制技術(shù)，雙臂Franka機(jī)器人不僅提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，還能夠在多變的生產(chǎn)環(huán)境中適應(yīng)不同任務(wù)，進(jìn)一步推動了智能制造的發(fā)展。

研究提出了一種基于二次規(guī)劃（QP）的參考擴(kuò)散（RS）控制框架，用于雙臂機(jī)器人在計劃同時沖擊下的操作任務(wù)。該方法通過定義沖擊前和沖擊后的參考軌跡，并使兩者在沖擊時刻重疊，避免了沖擊引起的跟蹤誤差峰值和控制輸入突變。此外，引入了中間模式（interim mode），在沖擊發(fā)生后的一段時間內(nèi)使用，以應(yīng)對環(huán)境不確定性導(dǎo)致的沖擊非同時性問題。

實驗中，雙臂機(jī)器人被要求抓取不同重量的物體，并在物體位置存在不確定性的情況下完成任務(wù)。結(jié)果表明，提出的RS控制方法在減少沖擊引起的輸入峰值和力的突變方面表現(xiàn)優(yōu)異，抓取成功率顯著高于其他基線方法，尤其是在存在環(huán)境不確定性時，其魯棒性得到了驗證。

該研究為雙臂機(jī)器人在復(fù)雜操作任務(wù)中的沖擊利用提供了新的解決方案，未來可進(jìn)一步優(yōu)化沖擊檢測機(jī)制，并擴(kuò)展到更復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。

GARMIN雙臂遙操作機(jī)器人是一款專為復(fù)雜環(huán)境設(shè)計的高級機(jī)器人系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程操控實現(xiàn)高精度任務(wù)執(zhí)行。它配備兩個多自由度機(jī)械臂，能夠模擬人類雙手的協(xié)同動作，完成抓取、搬運(yùn)、裝配等任務(wù)。其機(jī)械臂設(shè)計靈活，具備高負(fù)載能力和精準(zhǔn)控制特性，可適應(yīng)多種復(fù)雜操作需求。

系統(tǒng)的核心是先進(jìn)的遙操作技術(shù)，操作員通過控制臺使用虛擬現(xiàn)實（VR）或增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）設(shè)備，結(jié)合力反饋手柄，實時感知機(jī)器人狀態(tài)并進(jìn)行精確操控。這種沉浸式交互方式讓操作員仿佛置身于機(jī)器人所處環(huán)境，同時力反饋技術(shù)使操作員能感受到機(jī)器人末端的受力情況，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)且安全的操作。

GARMIN還配備了多種傳感器，如高清攝像頭、激光雷達(dá)和力傳感器，能夠?qū)崟r感知環(huán)境信息并反饋給操作員。這些傳感器不僅提高了操作的可視性和安全性，還增強(qiáng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力。此外，GARMIN的模塊化設(shè)計使其能夠快速調(diào)整配置，以滿足不同任務(wù)需求。

GARMIN的應(yīng)用場景廣泛，包括核設(shè)施維護(hù)、太空探索、深海作業(yè)、災(zāi)難救援等。它能夠在危險環(huán)境中替代人類執(zhí)行任務(wù)，顯著提高工作效率并保障人員安全。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，GARMIN有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，成為未來復(fù)雜環(huán)境作業(yè)的重要工具。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)提出了一種基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（Deep Reinforcement Learning, RL）的雙臂機(jī)器人集中化控制方法，旨在減少傳統(tǒng)集中控制對復(fù)雜動力學(xué)建模的依賴，同時實現(xiàn)雙臂機(jī)器人的高效協(xié)同操作。研究的核心是通過模型無關(guān)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)，使機(jī)器人能夠自主學(xué)習(xí)完成任務(wù)，而無需對任務(wù)特定的動力學(xué)進(jìn)行詳細(xì)建模。研究者采用了一種分層的控制架構(gòu)，將高級策略網(wǎng)絡(luò)與低級控制器相結(jié)合。高級策略網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)生成高層次的軌跡，而低級控制器則負(fù)責(zé)跟蹤這些軌跡。這種模塊化的設(shè)計不僅提高了學(xué)習(xí)效率，還使得策略能夠在模擬環(huán)境中訓(xùn)練，并直接應(yīng)用到現(xiàn)實世界中，無需額外的調(diào)整。

實驗中，研究者使用了PyBullet模擬環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練，并在現(xiàn)實世界中使用兩臺Franka 機(jī)器人進(jìn)行測試，驗證了方法的有效性。實驗任務(wù)是雙臂協(xié)同完成“peg-in-hole”（銷釘插入孔）操作，該任務(wù)需要精確的定位和力的控制。研究者還引入了不同的動作空間（如關(guān)節(jié)位置控制、笛卡爾阻抗控制等）來評估其對任務(wù)成功的影響。實驗結(jié)果表明，該方法在模擬環(huán)境中能夠成功學(xué)習(xí)到雙臂協(xié)同操作的策略，并在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)了零樣本轉(zhuǎn)移。關(guān)節(jié)位置控制在模擬環(huán)境中表現(xiàn)最佳，但在現(xiàn)實世界中，笛卡爾阻抗控制由于其對力的控制能力，表現(xiàn)出了更高的魯棒性。此外，研究者還驗證了該方法在面對外部干擾和位置不確定性時的魯棒性，證明了其在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力。該方法不僅在模擬環(huán)境中表現(xiàn)出色，還成功地轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)實世界中，展示了其在實際應(yīng)用中的潛力。未來的研究將進(jìn)一步優(yōu)化動作空間和探索方法，以提高系統(tǒng)的樣本效率和適應(yīng)性。

PNP機(jī)器人雙臂遙操作平臺是一款高性能的機(jī)器人系統(tǒng)，專為雙臂協(xié)同操作、復(fù)雜裝配和遠(yuǎn)程操作等研究方向設(shè)計。該平臺支持自適應(yīng)任意角度安裝，配備PNP75B六維力傳感器和靈巧手，結(jié)合觸覺反饋主手，能夠提供高精度的力反饋和沉浸式的操作體驗，滿足多種復(fù)雜任務(wù)的需求。

PNP機(jī)器人雙臂遙操作平臺是一款面向復(fù)雜操作任務(wù)的高級機(jī)器人系統(tǒng)，支持雙臂協(xié)同操作。該平臺具備以下注意特點：

低延遲通信：支持以太網(wǎng)通信，確保實時數(shù)據(jù)傳輸，滿足高精度操作需求。

PNP機(jī)器人雙臂遙操作平臺適用于以下研究方向：

雙臂協(xié)同操作：完成復(fù)雜的裝配和操作任務(wù)。

遠(yuǎn)程操作：適用于危險環(huán)境或遠(yuǎn)程操作場景。

人機(jī)交互研究：探索觸覺反饋和沉浸式操作技術(shù)。

復(fù)雜裝配任務(wù)：提升操作精度和效率，減少人為錯誤。

PNP機(jī)器人雙臂遙操作平臺憑借其高精度力反饋、靈巧手配置和觸覺反饋主手，為復(fù)雜操作任務(wù)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，是雙臂協(xié)同操作和遠(yuǎn)程操作研究的理想選擇。