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【原创】4年4次融资,这家企业用“航天级”六维力传感器助力协作机器人
传感器 | 坤维科技 文章来源自:高工机器人网
2022-06-23 11:10:16 阅读:1890
摘要一次又一次的“临危受命”后交出一份份令人满意的答卷,坤维科技究竟有何“来历”?

撰文 | 潘敏瑶


2022年5月16日起,上海开始分阶段复商复市,为应对医院、车站、机场、物流园区、高速路出入口、建筑工地等对核酸检测激增的需求,一台智能移动核酸采样车现身街头正式“上岗”。


据悉,该车搭载双臂智能机器人,利用“视觉+力控”感知技术实现无人采样,进一步提高采样效率的同时降低了医护人员的感染风险,助力上海构建15分钟核酸“采样圈”。


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上海人工智能研究院智慧医疗中心首席科学家、上海交通大学副研究员闫维新表示,为保证核酸采样过程中机器人操作的准确性,核心技术之一是机器人融合了力位混合控制技术,以此真正接触到采样点。


其中在力控方面,机器人搭载了坤维科技研发的六维力传感器。传感器安装在机器人夹爪后部,可以精准控制采样过程中对咽部的刮擦力,这种精准力控是咽拭子采样是否成功的关键环节


事实上,在新冠疫情最为严重的2020年2月,坤维科技克服多重困难,仅用6周时间就研发出了适用于咽拭子采样的小量程高精准度六轴力传感器原型产品,提供给清华大学科研团队用于新冠病毒核酸检测移动实验室的研发


该移动实验室同时搭载咽拭子采样机器人、快速灭活仪和5G检测直报系统,使得整个实验过程不受场地环境和人员技术水平限制,且检测速度比常规PCR快3倍以上,在45分钟内即可完成“样本入-结果出”的新冠病毒核酸检测。


清华大学科研团队反馈:在前期试验过程中,参与试验的医务人员非常关注采样机器人的受力情况,全程关注传感器输出的受力曲线,结果表明,坤维科技提供的产品性能令人非常满意。目前该科研团队多次复购了坤维的六轴力传感器。


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一次又一次的“临危受命”后交出一份份令人满意的答卷,坤维科技究竟有何“来历”?


“这是一支‘上天入地’的团队”


有业内人士评价,坤维科技是一支“上天入地”的团队,何解?


“上天”,是指坤维科技的创始团队均来自航天科研机构,从事智能型多轴力传感器研发、生产及应用近20年,掌握力觉测量核心技术,具备自主知识产权。


其中,创始人熊琳毕业于西北工业和航天11院,拥有高级工程师职称,硕士在读阶段即开始从事六维力传感器领域研究,曾任航天11院六维力传感器研发部门负责人,研发各类六维力矩传感器60余种类以及多套六维力传感器标校设备,负责国内多个战略型号飞行器的空气动力学测试项目及CZ-2F火箭(载人航天火箭)某部段推力矢量传感器研制,具备18年从业经验以及丰富的产品质量管控经验。


通过在成熟的航天技术上进行创新,并结合机器学习技术,坤维科技致力于以自主研发的智能六维力传感器产品打破海外公司在高端六维力传感器这一领域长期的垄断地位。


坤维科技创始合伙人袁明论分析,六维力测量技术实际上是个平台技术,根据应用场景的环境、载荷、安装、通讯、算力、动力学特性等需求不同,六维力传感器在不同行业中体现出了不同的产品形态


除了形态多,六维力传感器的研发难度也非常大。六维力传感器不是三个一维力传感器和三个扭矩传感器结构的简单叠加,其非线性力学特征明显,要考虑多通道信号的温漂、蠕变、交叉干扰、数据处理的实时性,再加之六维联合加载标定的复杂性,六维力传感器的技术难度可谓是一维力传感器难度的6次方


为推动六维力传感器的规模化应用“落地”,坤维科技将目光瞄准了机器人行业。


坤维科技创始人熊琳将工业机器人的发展分为三个阶段,第一代工业机器人(位置控制型机器人,可实现搬运、焊接等功能)已广泛应用,第二代工业机器人(感觉型机器人,即视觉+力觉)刚开始应用,第三代工业机器人(智能型机器人,即AI+视觉+力觉)尚在研发阶段。


“长期以来,一台高性能的进口力传感器的价格顶得上国内一台协作机器人的价格,导致国内机器人行业用不起,加之标校能力和生产方式等多方面的约束,国内多数六维力传感器厂商无法满足产能需求,阻碍了第三代工业机器人的发展。”熊琳判断。


基于“上天”的能力,坤维科技积累了六轴联合标校与检测技术、传感器结构解耦技术、高精度算法解耦技术、高精度嵌入式智能电路四大核心技术,开发了底座六轴力传感器、关节扭矩传感器、末端六轴力传感器、指端触觉传感器等系列产品,负责撰写了机器人多维力/力矩传感器检测技术规范(国家推荐标准),获批为常州市机器人六维力传感器标定工程技术研究中心。


在精度和稳定性方面,坤维科技采用应变电测原理、航天测试技术和品控工艺,其六维力/力矩传感器产品的串扰精度优于0.3%FS,重复性精度优于0.1%FS,部分产品抗过载能力最高可达到800%FS。凭借军工级的质量管控能力和产品批量化生产能力,坤维科技可大幅降低优质力觉传感器的成本,性价比远超进口产品


此外,坤维科技还可为客户提供包括传感器定制、结构/传感一体化设计、数据采集、现场测试等完整高效的全套解决方案,相较于海外公司,坤维科技作为在客户维护、产品售后上具备优势。


资本市场也敏锐觉察到了坤维科技“上天入地”的能力,自2019年正式运营以来,坤维科技持续保持一年一轮融资的节奏,至今已完成4轮融资,企查查信息显示,2022年2月18日,坤维科技已完成由see fund清华无限基金独家投资的新一轮战略融资


从单点突破到多点开花

 

事实上,六维力测量的需求最早来自航空航天飞行器研究领域,而最早的六维力测量并不是采用传感器,而是采用原理和制造都非常复杂的大型机械设备。随着敏感元器件技术的发展,六维力传感器也应运而生,被安装在飞行器内部用来测量飞行器的空气动力学特性。


举例来看,在导弹、飞机等各种航空航天飞行器定型生产之前,必须在风洞中展开气动力测量实验,以验证飞行器的空气动力学性能。在风洞的气动力测量实验中,核心测量元件即是六维力传感器,气动领域业内通常称之为风洞天平。


相比于工业机器人等其它领域的力传感器而言,其研制难度更高,包括天平的解耦精度要求更高、对于天平的可靠性提出了严酷的要求、在极端载荷匹配的情况下保证各通道精准度的难度更高等。


坤维团队研制的各类型天平已服役于各种航空航天飞行器的风洞实验,为之提供了准确可靠的六分量气动力数据。


基于此,坤维科技研制的六维力台,作为体育风洞试验的核心测力系统,被应用于北京二七厂冰雪项目训练基地中的体育综合训练风洞,为滑雪运动员备战北京冬奥会提供科技助力。此前,在东京奥运会上,坤维科技研发的六维力传感器也成功应用于国家划艇队和国家游泳队风洞动力学测试,为科技训练提供高精准度、高可靠性的技术支持。


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图中运动员脚下的系统即坤维科技六维力台


除了航天级的应用,六维力传感器在工业级的主要应用首属机械制造行业,国际主流品牌的高端机械制造产业已全部采用了基于多维力传感器的力反馈控制系统。目前,该技术已广泛应用在了打磨、铣削、焊接及装配的工业机器人中

 

坤维科技六维力传感器,可用于实时测量机器人腕部所受到的力,并实现主动力输出控制,相当于人类的感官神经。在进行高复杂度工作,以及限制性作业、协调作业等方面,是一种特别重要的传感器,不仅能提高企业生产的柔性,还大大降低了因更换产品生产线导致的机器人再编程成本。

 

结合高精度力控算法,坤维科技已与节卡、遨博、睿尔曼、越疆、思灵、大族、法奥等国内协作机器人著名厂商开展了深度合作,广泛应用于防碰撞安全监测、自动化装配生产线、力控切削打磨、拖动示教、精密装配等多个领域,大幅提高协作机器人的安全性、易用性、柔性。


其中,在曲面恒力打磨应用中,基于坤维六维力传感器的打磨,可以确保打磨过程中正压力和磨削力的恒定,通过力觉反馈可以实现复杂的曲面打磨路径的自适应,避免了曲面路径编程的繁琐工作。


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在机器人装配机器人的应用中,搭载坤维六维力传感器的协作机器人可以在检测装配过程中的接触力,并提供用于装配力控制的反馈信号,从而替代人工进行协作机器人的组装,提高了安装质量,降低人工费用支出。


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节卡机器人发动机装配中使用六维力传感器


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遨博机器人智能组装产线应用六维力传感器

 

在拖动示教应用中,相对于电流反馈技术,基于坤维六维力传感器的拖动示教手感更柔和,机器人反应更灵敏,位置示教更准确,极大地提高了用户的使用体验感,该功能还可应用于涂装领域实现机器人对喷漆线路的准确规划,效率高的同时极大的降低对人工的技术要求。


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 六维力传感器在各行各业的应用


谋局“未来”

 

高工机器人产业研究所(GGII)数据显示,2021年中国市场协作机器人销量1.86万台,同比增长87.62%,预计2025年中国市场协作机器人销量可达6万台。随着协作机器人的长足发展,作为下一代机器人重要且必备的力传感器市场潜力巨大。


熊琳分析,坤维科技促进六维力传感器应用成本下降并推动其大规模应用,主要有两大路径:一是通过资本赋能快速实现规模化发展,通过规模化降低生产成本并让利给终端用户,推动行业发展;二是公司业务多样化布局,除了开发军工、机器人用六维力传感器外,坤维科技还将开发高性能的低维力传感器产品,同时,逐步完善产品的软硬件接口,提高产品的兼容性和标准化,从而以多元化的力控解决方案来满足不断扩大的市场需求。

 

当中国协作机器人市场的销量规模达到6万台时,六维力传感器的使用成本也将大幅下降,使之匹配协作机器人大规模部署的成本需求,届时,六维力传感器将在协作机器人市场获得更大批量的应用空间。”熊琳判断。


为进一步满足坤维科技高速发展的产能需求,优化产品生产流程,提升产品质量,2021年,坤维科技已入驻位于苏州和常州的共计8000平方米的研发生产基地,已具备产品研发、机械加工、传感器生产车间、组装车间和测试车间等完善的生产体系。


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坤维苏州基地


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坤维常州基地

 

未来,坤维科技将持续以技术的革新让工业机器人更加精准更加灵活,也让传感技术走进更多寻常百姓的生活。


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