5G為遙操作帶來什麼？深度解析越疆遙作業系統

從達芬奇到華為天才少年稚暉君，再到越疆，遠端遙操作機器人穿針引線縫葡萄皮一度被網友熱議。

外行看熱鬧，覺得都是在縫葡萄皮，區別並不大，有網友甚至喊出稚暉君趕超達芬奇的口號。但內行看門道，遙操作原理理解起來簡單，卻是硬體和軟體的超高水平體現。冷靜簡單對比三個場景中的機械臂表現，我們可以發現三者在技術領域上依然存在著明顯的差異。

綜合而言，達芬奇機器人技術明顯依然處於高位，但價格驚人。而稚暉君的機器人則更多是一種玩家DIY的個體產物，實用性和可拓展性其實不強。反倒是目前越疆機器人的遙作業系統真正做到了兼顧了精度、軟硬體技術和操作便利性，在價格上也有更多科研和產業化的發展可能性。

本文獨家專訪了越疆機器人產品經理，粗略從硬體、軟體上層面展開分析，對越疆遙操作機器人進行了更進一步的解讀。

▍強大的硬體基礎

對比達芬奇、稚暉君和越疆三者，其實我們可以大致總結出遙作業系統的共同點。

一般而言，遙操作整體會由三部分組成，分別是操作端、執行端、系統。其中，操作端主要是由人控制的機構，執行端指的是場景中

自動執行裝置，系統則是連線兩者打通空間障礙進行傳輸匹配的部分。

要實現遙操作，必然需要整合三端，透過硬體收集所有的操作、感知資訊，轉化成電訊號並進行傳輸，讓雙方能遠距離實現資訊和執行動作匹配。

相對遙操作一開始設想解決的場景，例如醫療、太空、海底等，縫葡萄相對容易，因為只涉及到同空間短距離影象傳輸，對互動、感知的要求並不多。

就具體執行端的展示情況而言，越疆的縫葡萄在遠端端也有兩臺機械臂，一臺是攝像機臂，負責連線照相機，可以自定義調節視覺角度，另外一臺是負責穿針引線的工作。

越疆的六軸機械臂則是已經成功產業化的產品，精度都保持在較高水平，精度可達0。02mm ，在穿針引線的過程中，整體抖動非常小，可以看出穩定性非常優異。另外作為成熟的工業品，其穩定性和壽命都非常不錯，可以說整體處於較高的水準。

▍軟體配置優勢

與硬體表現對應的是在操作端和系統端上的差異。

越疆的操作端是其最新發布的力反饋主手Haptics 6D以及一臺電腦。

就詳細配置及表現對比而言，越疆的力反饋主手Haptics 6D體現出了越疆非常強大的硬體產品力，結構採取串聯六自由度設計，並配合新發布的遙作業系統Matrix。OS使用。Matrix。OS支援對主從位移的放縮控制，並且可以透過自定義的虛擬夾具對運動和力反饋進行調整和約束，能滿足精細場景下的細微操作的需求。

相較於傳統並聯式結構，Haptics 6D的串聯型結構設計會更方便握持和控制按鍵。這種串聯型結構不僅具有操作範圍廣的優勢，可以減少遙操作中頻繁切換離合同步的麻煩，給操作帶來更大的舒適性。

使用者的舒適性是遙操作很重要的方面，越疆為了降低操作疲勞感，Haptics 6D的連桿部分還採用了航天同款的碳纖維材料，把重量降低30%，強度卻提高2~3倍，可以達到5N可持續施加力，10N最大施加力，最小感知力0。1N，拖動幾乎無阻力，實現了高剛度、高強度的效果，相較而言已經處於技術領先的水平。

▍感知與操作能力是核心

在軟硬體的結合實踐中，非常著重強調了加強“感知力”。感知力不僅包括影象，還有觸覺、聽覺等方面，每個部分又涉及非常多的細節。

為了加強感知，越疆做了大量的工作，我們先簡單看一下其操作端和執行端的配置。

越疆的Haptics 6D也是電機與伺服的架構，採用的驅控方式與機器人相同，能很好實現高精度高響應，在核心演算法應用上，能實現包括無阻力拖拽、力反饋、空間位姿對映、主從跟隨同步等遙操作核心功能。

在越疆兩年的研發中，為了提高力反饋精度，解決驅動方案等問題，產品團隊進行了大量設計、研究、選型，確定了零回差絲傳動系統方案路線，消除了反向間隙，提供穩定施力，並進一步加強了主手的模型辨識能力。

藉助主手這種低摩擦傳動設計，能夠方便在笛卡爾空間中採集全部三個平移和三個旋轉自由度上的操作資訊，這使得其能夠在斜面的空間平移和旋轉時，都能夠提供力反饋，保證了遙操作主手在力覺反饋上的高透明度。

越疆為滿足醫療等更精細場景下的細微操作的需求，Matrix。OS系統也支援對主從位移的放縮控制，並且可以透過自定義的虛擬夾具對運動和力反饋進行調整和約束，提高操作的穩定性並防止意外損傷的發生。

透過位移放縮調整，越疆的遙作業系統可以做到主從運動比調節範圍在縮小100倍微小場景和放大100倍的巨大場景進行操作。

這無疑是一個讓人震驚的數字，為非常多的細微場景打開了可能性。

▍5G帶來的改變

執行端和操作端的連線和傳輸也非常重要。遠端手術基於兩點，一是根植於機械臂的靈敏程度，二是根植於網路傳輸速度。

對於遙操作而言，系統延時是影響操作體驗的主要問題，延時的反饋資料往往會對操作者造成干擾影響判斷，操作失誤的機率大大增加。

因此，5G技術給遙操作帶來的主要提升在於資料傳輸的實時性、穩定性、以及傳輸速率上。

透過5G技術，超遠距離的資料傳輸延時能被縮減到1ms以內，通訊的延時被顯著縮短，操作的實時性和透明感將得到提升，這在精細的操作中尤為明顯，比如遠端的醫療手術，將大幅從5G技術中心受益。

目前越疆給出的準確資料則是，由於加入了姿態同步與自動校正、動態跟蹤演算法等技術，主從機器人跟蹤延時能小於10ms，配合越疆的機械臂，實際的工程重新整理率可達1kHz以上，已經能很好滿足在醫療檢測、高危操作以及醫療防疫等領域的實際應用。

依靠5G技術，越疆的遙操作能夠實現高速實時的3D立體視覺反饋，將是構建真實臨場感，提高操作效率的關鍵。

▍更多的展望

目前，國內遙操作產品還缺少驅控和演算法上的自主創新，應用層的二次開發環境支援也相對缺乏；國內大多高校和企業還是直接採用價格較為昂貴的國外Force Dimension 或Haption的產品。在以往，國外遙操作主手對比於國內產品的優勢還在於他們有配套的應用層軟體支援。

越疆在許多人關心軟體配套情況上表示，本次Haptics 6D將支援CHAI 3D開源軟體，提供CATIA、DELMIA等三維資料CAD/CAM軟體環境下的介面，相容TechViz等軟體平臺，實現更加豐富的開發環境支援。而未來也不會把遙操作打造成封閉的產品，Matrix。OS的架構本身具有開放性，可以相容不同結構、不同尺寸、不同型別的機器人。

而在產量和價格上，Haptics 6D明年將會主要客戶中進行推廣和試用，由於Haptics 6D在機器人關節、控制、驅動等核心技術全部實現自研，規模效應將讓未來價格有望降到10萬以下，真正實現大批次產業化應用。

藉助越疆推出的自研力反饋主手Haptics 6D和遙作業系統Matrix。OS，醫療、核事故救援、海底作業、災區搶險救援、元宇宙等等場景又多了一個全新的選擇。

不同於高價格達芬奇手術機器人和帶來新奇體驗的稚暉君DIY機器人，越疆這款更有望大規模商業化的產品，也必然將促進國內市場上更多遙操作相關的產品和研發的發展程序進一步加速。