2021年10月18日 | 力反馈主手与遥操作系统发布，越疆征战科技“星辰大海”

撰文 | 潘敏瑶

继越疆科技重磅发布CR3L、CR7、CR12三款协作机械臂新品，并对柔性安全皮肤进行新升级的4天后，越疆科技开启了首个云上新品发布。

10月15日，越疆科技围绕“无限延伸，触手可及”的主题向全球用户展示了其人机交互技术的新突破——遥操作系统。

从“元宇宙”说起

近年来，“元宇宙Metaverse”这一概念在科技行业被广泛热议。

越疆科技CEO刘培超在发布会上表示，全球科技公司都已经在元宇宙各个环节中布局占位，它也是进入下一轮技术竞赛的通行证。虚拟与现实交融的全新生活方式、商业模式以及新型的经济系统将会诞生。

元宇宙的世界，不仅是要形成一个虚拟的宇宙空间，而且要在虚拟空间中，建构起人在现实中的感知能力。这种能力的形成需要有一个媒介作为载体，目前来看，具有感知交互功能的智能硬件就是其中的载体之一。

刘培超介绍，元宇宙的技术结构，从内到外，从近及远，可分为7层。最基础的一层是5G、6G、WiFi、Cloud等基础设施，这些技术正在实现和规模应用的过程中，这是开启元宇宙最底层的技术基础。

在有了基础设施之后，即可以开始着力打造第二层：人机交互。基于硬件载体，通过网络通讯，将人的触觉、姿态、声音、神经能力等"传输"进入虚拟环境内，从而形成两个空间-虚拟与现实、两种对象 - 人与机器之间的交互。

这就是越疆在浩瀚元宇宙世界中的接入口。这或许也是此次越疆科技把发布会移到“云端”进行的一个小巧思。

打开“虚实相连”的大门

以“手臂”作为跨空间交互的媒介载体，可实现对人类触觉感知的传输，以此建立起一个连接虚拟和现实的通道，从而实现对不同空间的互操作。

基于这一技术原理，越疆科技首次对外发布其“遥操作系统 Matrix.OS”。

越疆遥操作系统 Matrix.OS

事实上，遥操作发展至今已有70多年历史。

1949年，世界第一台遥操作机器人诞生，主要用于核工业中，处理放射性材料；

1982年，世界第一台具有力反馈功能的主从结构分离的遥操作机器人问世，应用于军事、太空和原子能领域的技术探索。

1993年，遥操作开始应用在控制距离更大的领域中，人类首次在地面，对太空舱内的机器人进行操作，回路延时为6-7s。

2001年，遥操作开始应用在医疗领域，手术机器人实施了首例跨大西洋的远程手术。

2005年，远程操作排爆机器人开始进入军队中"服役"。

基础的遥操作系统主要由三部分组成：操作端、障碍端、远程端。

通过可靠的通讯方法，可以把远程端与操作端建立直接的链路，充分发挥人在回路中的决策与控制优势，这也是遥操作系统的一大优势，从而可以解决很多单纯通过弱人工智能所无法解决的问题。

基于这一判断，越疆发布的遥操作系统 Matrix.OS，通过力反馈主手及计算机进行感知，人在接收感知信息后进行决策控制，并通过5G或其他通讯模块传输，实现对远程机器人（从手）的操作。

为实现主从手操作的同步与精准，越疆科技正在布局三大系统性关键技术：

Matrix.OS采用主从姿态同步算法，实现远程图像显示方向对准，获得更贴近自然的舒适操控，以流畅视野满足细微场景的操作。

利用动态跟踪算法，有效抑制超调和振荡，提高位置跟踪响应，结合5G超低时延通信，可确保主从机器人跟踪延时<10ms。

基于笛卡尔空间位姿主从同步技术，实现对操作端同/异构从手直接控制。结合"同步-离合"切换控制扩大可操作空间，可实现主从运动范围缩小100倍微小场景和放大100倍的巨大场景的直接操作。

基于5G技术，Matrix.OS实现了对人手的延伸，让跨空间的操作 “触手可及”，且操控准确自然，让人的智慧与经验得到了充分的释放与传递，这是弱人工智能所无法替代的，这也正是人机协作机器人的价值所在。

触手可及

在这个操作过程中，主手是关键硬件，与使用者直接交互，它承载了触觉的反馈。使用者接收到主手操作端的反馈信息，结合视觉和声音等多感知信息进行回路决策控制。基于此，越疆科技自主研发的力反馈主手 Haptics 6D 也在此次发布会上首次亮相。

力反馈主手Haptics 6D

Haptics 6D是一个六自由度，具有力反馈功能，可无重力、低阻力自由拖拽的遥操。作主手设备。作为组成遥操作系统的核心，与用户端直接操控的硬件，精准操作、实时反馈是关键。

实时性力反馈是构建操作临场感最基本要求，Haptics 6D采用6个主动力反馈定制电机，结合EtherCAT实时总线，以及动力学模型补偿算法，达到最小感知力0.1N和4kHz刷新率，高精度还原力觉。

高精度操作是Haptics 6D的最关键指标，基于双编码器设计，使用前无需零点校准，结合零回差丝传动机制，消除反向间隙，使位置分辨率达到0.005mm。

此外，串联式六自由度结构和碳纤维航天材料轻质的本体设计，使得Haptics 6D获得更大运动空间和高刚度、高强度的效果。同时Haptics 6D提供六个自定义按钮，可根据个人使用习惯进行设定，灵活应对各种复杂操作需求。

这些关键技术与设计理念的运用，加上通讯模块的流畅传输，共同构建起了"沉浸真实"的临场体验感。使用者在操作主手的过程中，配合视觉和力觉反馈，可以更真实的感受到从手所在的空间环境与情境，这将帮助使用者在使用过程中，不单纯是简单的物理操作，而是在操作中融入了包括经验与决策等人类智慧。

无限延伸

力反馈主手 Haptics 6D与越疆全系协作机械臂，共同构成了可感知的遥操作系统，可在未来的各行业应用中联合作业。

在那些不适合人类直接触达的非结构化空间，比如：疫情区的毒化环境、高辐射环境、高电压配电环境、生化实验、医疗试剂处理以及探索太空中的未知空间，可感知的遥操作系统即可大展身手。

1、核电领域

在核辐射区，工作人员可以在安全的环境下操作主手，遥控复合机器人等进入辐射区，执行检测操作。检测数据通过机器人传回给工作人员，工作人员在查验数据后，做出决策，并通过操作助手来控制在辐射区的机器人继续前行或返回等操作。

区别于单纯使用机器人，这种人操作主手，主从配合的遥操作，可以融入工作人员本身累积的行业经验，而机器人单体进入危险环境，如果出现未知情况，它是无法快速准确进行决策判断的，这就是人机协作的必要性和价值所在。

核辐射实验

2、远程医疗

为解决优质医疗资源稀缺，分布不平衡等老大难问题，远程医疗已经被提上了重要日程。遥操作系统 Matrix.OS主从手的配合使用就可以有效解决这个难题。

遥操作的本质是以医生为核心，而不是机器，而医生的丰富经验是其中最稀缺的资源，它可以通过主从式的操作，将这种智慧传递出去，尤其是在医疗过程中的突发情况处理上的判断，这是机器做不到的。

医疗手术模拟

以远程超声为例，有经验的医生可以操作主手，通过远程视频等，实现对从手的精准操控，通过视觉、力觉的实时感知反馈，帮助医生更立体、准确、快速的诊断病情，以及进行手术操作。

远程超声检测

3、虚拟培训

无论是学校，还是教育培训、科研机构，无论从成本效率还是可操作性上，大家都无法解决的问题是实景的充分配置，如：医学院学生的模拟手术、学生的化学实验、工厂工人的虚拟装配培训，还有航天员的太空模拟操控训练。

随着5G、6G等通讯技术以及数字化的普及，图像、视频等大数据传输更流畅的时候，遥操作的应用领域将会被大量的扩展开。从深海到太空，从现实到虚拟，无论是航天员、电厂工人还是学生，都将受益于遥操作系统带来的全新体验。

遥操作主手设备当前价格仍然十分昂贵，一台国外质量较好，达到医疗应用等级的遥操作主手价格将近百万元，并且可扩展外设稀缺，系统相对封闭。据透露，越疆实现产品国产化后，价格可以降到10万以下，不仅为用户节省巨大成本，同时将带来更广泛的落地应用场景。

无疑，科技未来的征途将是星辰大海。刘培超最后表示：“我们将以手为媒介，将其无限延伸，打破感知能力的空间局限性，即使远在天边，也让你触手可及。”