新时代机器人也有新担当
——军事科学院某研究所机器人团队紧追机械臂智能控制前沿纪实
■ 阮诚 梁杰 朱庆
“机器人会画画了！”日前，军事科学院某研究所经过大量试验和调试，实现了多自由度机械臂复杂三维高精度控制，能够模仿人类手臂功能完成书写绘画等功能。
随着科学技术飞速发展，多自由度机械臂在不同领域获得了广泛的应用，极大地提高了作业效率，降低了人类特殊环境作业的危险性，如特斯拉的超级工厂、空间站的移动维修等。
科研人员正在测量夹具尺寸。
在某试验任务中，存在着大量重复性高精度操作，同时也面临高速、高压、高低温等危险环境。借助机械臂智能控制技术，在提高试验效率、降低人力成本的同时，也避免了许多人为操作需要面临的危险。
“初生牛犊不怕虎，年轻人就是思路活、闯劲足”。该研究所的机器人研究团队是由一批刚从军校和地方大学毕业的新学员组成，他们把从学校所学的自动控制、图像处理、机器学习等专业知识应用到机械臂的研究工作中，在研究所的支持下，凭着自己对机器人的爱好承担起多自由度机械臂的基础研究工作。
然而，在研究初期，小伙子们也遇到了困难。虽然机械臂技术在工业领域已经是成熟技术，但在该研究所实际任务应用中还是一片空白。
刚开始，研究团队手上只有一台国内组装好的工业机械臂。在没有任何指导资料、控制软件的情况下，如何让机械臂动起来让研究团队犯了难。
机械臂正在绘制图形。
“没有总的操作指南，就化整为零、分步研究。”研究团队发挥年轻人肯“钻牛角尖”的劲头，通过将机械臂不同部件分开研究，在不断的学习和摸索中，逐渐走通了从机械、电机、减速器、驱动器到控制器的技术回路，让机械臂每个电机都能精确控制，成功解决了机械臂动起来的难题。
“机械臂动起来只是万里长征第一步”。在研究过程中，由于机械臂每个轴负载不同，要想每个轴在运动中保持同步，再次考验着小伙子们的智慧。
团队成员测试了各种多轴联动的控制策略，结果误差总是存在。“差之毫厘、失之千里，科研工作容不得一点马虎”，任何厘米级的误差在工程实践中都是不能容忍的。
“家有一老如有一宝”，老同志的指点敲开了年轻人的思维大门。“小伙子，为何不从驱动器底层控制参数上想想办法？”
“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。在老同志的提点下，团队成员思维豁然开朗，通过几个不眠之夜的摸索，终于让各个轴同步运动，实现了末端工具0.2毫米的控制精度。
解决了机械臂动起来、准起来的问题，最大的难关就是如何让机械臂走起来，即自主规划路径的问题，这也是当前学术领域的研究热点。
机械臂绘制出的图案。
国外研究人员主要利用机器学习的方法让机械臂自主探索路径。团队成员从最基础的写字绘画做起，通过图像处理提取内容的方法，自动生成运动轨迹指令让机械臂像人手一样在纸面上挥毫泼墨、龙飞凤舞。
“看到机械臂能书写文字，仿佛像孩子会叫爸爸一样让人欣喜若狂！”机械臂研究倾注了研究团队太多的心血和汗水。虽然小伙子们都是单身汉，但言语中却能透露出当父亲一样的喜悦。
经过大量试验和调试，该研究团队已经实现了对机械臂多自由度复杂三维高精度控制，机械臂对任意字符或图片都能进行流畅地书写和绘制。
将机械臂应用于该研究所试验任务是该机器人研究团队在人工智能领域第一次有益探索。接下来，该团队将进一步丰富机械臂触觉、视觉等感知功能，提高其智能化水平。相信在不久的将来，某试验任务现场将出现机器人忙碌的身影，为助推该领域研究发展贡献出机器人的一份力！
（单位：军事科学院某研究所）
