Franka机器人在具身智能方向的引领作用 文/包文涛 PNP机器人Franka机器人引领作用： 在众多开创式的具身智能方向的机器人应用中 PNP机器人聚焦具身智能 助力Franka机器人里程碑式证明了其多功能性发表时间：2025-04-12 21:56 Franka机器人引领作用：在众多开创式的具身智能方向的机器人应用中PNP机器人聚焦具身智能助力Franka机器人里程碑式证明了其多功能性文：包文涛 PNP机器人 1、机器人技术的发展：从传统工业机器人到具身智能机器人 机器人技术的发展历程是一部不断创新与突破的史诗。从20世纪50年代的早期工业机器人到如今的具身智能机器人，这一领域经历了多次技术革命。早期的工业机器人，如1978年引入的PUMA机器人，以其高精度和高负载能力在汽车制造等领域取得了巨大成功。然而，这些机器人通常被限制在安全围栏内，与人类的交互能力有限，主要应用于危险或重复性高的任务中。
Puma机器人 进入21世纪，协作机器人（cobots）的出现标志着机器人技术的一个重要转折点。协作机器人通过轻量化设计和碰撞检测功能，实现了与人类的共存和协作。它们能够在没有安全围栏的情况下与人类共享工作空间，从而提高了生产效率和灵活性。然而，在2015年，我在一家全球知名的协作机器人公司工作时，面临的**挑战是客户对协作机器人的质疑。当时，许多客户认为协作机器人负载不够大、速度不够快，无法满足工业生产的需求，认为这一产品和行业注定会失败。这种质疑并非毫无根据，因为当时的协作机器人在负载能力和速度方面确实存在一定的局限性。 然而，市场的发展证明了这些质疑是短视的。根据MIR 2024年协作机器人产业发展白皮书，2024年全球协作机器人市场规模已超过7万台，中国市场更是突破了3万台。这一数据表明，协作机器人已经从一个新兴技术逐步发展为工业自动化的重要组成部分。协作机器人的成功不仅在于技术的突破，还在于其应用场景的不断拓展。从简单的拾取和放置任务到复杂的装配和检测任务，协作机器人逐渐成为制造业中不可或缺的工具。
机器人已经走进感知时代 （注：Franka Emika被Agile Robots SE思灵机器人收购后，已经更名为Franka Robotics） 随着人工智能（AI）和机器学习（ML）技术的快速发展，机器人技术进入了具身智能的新时代。具身智能强调机器人通过与环境的交互来实现智能行为，这不仅要求机器人具备高精度的感知和控制能力，还要求它们能够理解和适应复杂的环境。Franka机器人作为具身智能领域的标杆产品，通过其高精度的力控能力、模块化设计和开放接口，为研究人员提供了一个灵活、高效的实验平台。它的出现不仅推动了机器人技术的发展，也为解决现实世界中的复杂问题提供了新的可能性。 2、具身智能方向的两个重要转变在具身智能的发展中，有两个重要的技术转变值得关注：七轴机器人的优势和触觉感知的重要性。 2.1**个转变：七轴机器人的优势显著提升了机器人的灵活性和操作能力。传统的六轴工业机器人虽然能够完成大多数工业任务，但它们的运动自由度限制了其灵活性和适应性。七轴设计不仅模仿了人类手臂的运动方式，还通过增加的冗余自由度实现了更复杂的操作任务，例如在狭窄空间中的精准操作。这种设计使得机器人能够更自然地与人类协作，适应多样化的应用场景。例如，在医疗手术机器人领域，七轴设计使得机器人能够更灵活地操作手术工具，从而提高手术的精度和安全性。在制造业中，七轴机器人能够完成更复杂的装配任务，适应不同形状和尺寸的零部件。
Franka机器人7自由度仿生结构 2.2第二个转变：触觉感知是具身智能的核心技术之一。通过关节力矩的直接输出，机器人能够模拟人类手臂的发力过程，实现对环境的精准感知和交互。这种仿生结构不仅提高了机器人的操作精度，还增强了其在复杂环境中的适应性。触觉感知使得机器人能够感知和适应环境的变化，从而在不确定的环境中完成任务。例如，在机器人辅助手术中，触觉感知使得医生能够通过机器人感受到手术工具与组织的接触力，从而避免过度用力导致的损伤。在工业制造中，触觉感知使得机器人能够精确控制装配力度，避免对零部件的损坏。
双臂操作力感知机器人对水果削皮 当前，主流的人形机器人均采用了七轴力控设计，这一技术趋势表明，触觉感知和仿生结构将在未来机器人技术中占据重要地位。随着技术的不断进步，七轴机器人和触觉感知技术的应用范围将进一步扩大，从工业制造到医疗健康，再到日常生活服务，这些技术将为人类带来更多的便利和可能性。 3、Franka机器人在具身智能领域的引导作用3.1全球具身智能机器人研究的标杆Franka机器人作为具身智能方向的标杆产品，为当前和未来的研究提供了重要的参考。它不仅是一个研究平台，更是一个推动机器人技术创新的引擎。Franka机器人通过其高精度的力控能力、模块化设计和开放接口，为研究人员提供了一个灵活、高效的实验平台。 Franka机器人的设计初衷是为机器人研究和教育提供一个开放、灵活的平台。它具备高精度的关节扭矩控制和实时接口，支持1 kHz的实时控制和状态反馈。这种高精度的力控能力使得Franka机器人能够在复杂任务中实现精准操作，例如在机器人辅助手术中精确控制手术工具，在工业制造中完成精细的装配任务。此外，Franka机器人的模块化设计降低了制造和维修成本，使其能够以较低的价格推向市场，从而被更多的研究机构和教育机构所采用。 根据统计分析，Franka机器人已被广泛应用于世界前沿的具身智能和机器人研究领域。在分析了机器人领域主要会议和期刊的26,600多篇出版物后，发现其中有4702篇使用了Franka机器人进行实验。这些研究主要集中在人工智能和机器学习（超过30%）、操控（超过30%）、感知和计算机视觉（超过15%）、底层控制研究、人机交互和运动规划等领域。这些数据表明，Franka机器人已经成为机器人研究的基准平台，帮助研究人员有效地衡量研究进展和方向。
使用Franka机器人的论文数据统计 (a)使用Franka的论文比例 (b)每年使用Franka的会议和期刊论文数 Franka机器人的开放接口和丰富的工具支持也为其在研究中的广泛应用提供了保障。例如，Franka机器人支持ROS/ROS2、MATLAB/SIMULINK等主流开发工具，为研究人员提供了灵活的开发环境。此外，Franka机器人还通过其开放的生态系统支持了大量开源库的开发，如FrankaPy和Frankx。这些工具为研究人员和学生提供了丰富的资源，使他们能够更高效地进行实验和研究。 3.2Franka机器人的创新功能Franka机器人的创新功能，如高级安全控制和关节扭矩控制，是协作、软和触觉机器人领域的重要突破。这些功能不仅提升了机器人的操作精度，还为其在复杂任务中的应用提供了可能性。
Franka机器人的力感知优势 首先，Franka机器人的高级安全控制功能确保了其在与人类协作时的安全性。通过高精度的碰撞检测和力控能力，Franka机器人能够在检测到异常力时立即停止操作，从而避免对人类操作员的伤害。这种安全性使得Franka机器人能够广泛应用于需要人机协作的场景，例如医疗康复、工业装配和家庭服务等。 其次，关节扭矩控制是Franka机器人的核心技术之一。通过直接测量关节扭矩，Franka机器人能够精确控制其运动和力度，从而实现对环境的精准感知和交互。这种力控能力使得Franka机器人能够在复杂任务中表现出色，例如在机器人辅助手术中精确控制手术工具，在工业制造中完成精细的装配任务。 丰田研究所（TRI）在其Diffusion policy研究中，利用Franka机器人的力控能力完成了打蛋和削土豆片等精细操作。这种基于力模态的实验展示了Franka机器人在复杂任务中的潜力。此外，PNP机器人基于Franka机器人的力模态开发了力反馈遥操作方案，进一步扩展了其应用场景。这些创新不仅推动了机器人技术的发展，也为具身智能的研究提供了新的思路。
丰田研究院扩散策略采用遥操作Franka模仿学习 3.3Franka机器人和PNP机器人的教育价值Franka机器人在教育领域的应用同样具有重要意义。它通过支持ROS/ROS2、MATLAB/SIMULINK等主流开发工具，为学生和教育工作者提供了一个真实世界的实验平台。例如，卡内基梅隆大学（CMU）广泛使用Franka机器人进行机器人人机交互和强化学习研究。这种教育价值不仅帮助学生将理论知识与实践相结合，还为机器人技术的未来发展培养了人才。
卡内基梅隆大学机器人学习课程 Franka机器人的教育价值体现在多个方面。首先，它提供了一个真实的实验平台，使学生能够亲身体验和操作先进的机器人技术。通过实际操作Franka机器人，学生能够更好地理解机器人控制、感知和交互的原理。其次，Franka机器人支持多种编程语言和开发工具，为学生提供了灵活的学习和实验环境。例如，FrankaPy和Frankx等开源库为学生提供了丰富的资源，使他们能够更高效地进行实验和研究。 此外，Franka机器人还通过其开放的生态系统支持了大量开源库的开发。这些工具为研究人员和学生提供了丰富的资源，使他们能够更高效地进行实验和研究。例如，Franka机器人在强化学习和机器人控制领域的研究中被广泛应用，为学生提供了实践和学习的机会。 PNP机器人作为Franka机器人在中国的区域合作伙伴，也积极参与教育领域的推广。PNP机器人通过提供培训和支持，帮助教育机构更好地利用Franka机器人进行教学和研究。这种合作不仅推动了机器人技术的普及，也为教育领域带来了新的可能性。 3.4社区和生态系统发展Franka机器人不仅是一个技术平台，更是一个社区和生态系统的中心。PNP机器人作为Franka机器人在中国的区域合作伙伴，围绕Franka机器人开发了基于位置和力感知的遥操作方案。这种方案不仅提高了机器人在复杂任务中的操作效率，还为机器人数据集的积累提供了有效手段。 PNP机器人通过结合Franka机器人的生态开发环境，开发了基于位置的单双臂遥操作方案。如果进一步加入力模态，PNP机器人还可以提供基于力控的遥操作数据采集方案。这种生态系统的合作不仅推动了技术的进步，也为机器人技术的普及和应用提供了新的可能性。
PNP机器人基于Franka位置/力模式遥操作平台 Franka机器人的社区和生态系统的发展对于其成功至关重要。通过开放的接口和丰富的工具支持，Franka机器人吸引了大量的研究人员和开发者。这些研究人员和开发者通过社区分享经验和资源，进一步推动了Franka机器人的技术进步。例如，Franka机器人的开源库和工具包为研究人员提供了丰富的资源，使他们能够更高效地进行实验和研究。 此外，Franka机器人的生态系统还包括各种合作伙伴和供应商。这些合作伙伴和供应商通过提供技术支持和解决方案，进一步丰富了Franka机器人的应用场景。例如，PNP机器人通过与Franka机器人的合作，开发了基于位置和力感知的遥操作方案，为机器人技术的应用提供了新的可能性。 3.5启发各种里程碑式的应用引领作用Franka机器人的广泛应用和里程碑式实验展示了其多功能性和在具身智能领域的引领作用。例如，在中国具身智能大会上，机器人触觉感知成为讨论的热点，而力模态在操作训练中的应用仍然较少。这表明，尽管具身智能技术取得了快速进步，但距离实际应用还有很长的路要走。 PNP机器人结合Franka机器人的力感知模式，可以加入力模态，提供基于VLA操作的快速验证，满足科研发展的要求。这种结合不仅推动了具身智能技术的发展，也为机器人技术的未来应用提供了新的方向。
PNP机器人基于末端力（PNP力传感）的精密力反馈模仿学习 在医疗领域，Franka机器人被广泛应用于机器人辅助手术。通过其高精度的力控能力和触觉感知，Franka机器人能够精确控制手术工具，从而提高手术的精度和安全性。在工业制造中，Franka机器人被用于精细的装配任务，通过其高精度的控制和力感知能力，避免对零部件的损坏。在教育领域，Franka机器人被广泛用于教学和研究，为学生和研究人员提供了一个真实的实验平台。 PNP机器人模仿学习成套方案 此外，PNP机器人基于Franka机器人开发的遥操作在机器人数据集的积累方面发挥了重要作用。PNP机器人通过结合Franka机器人的力感知模式，开发了基于位置和力模态的遥操作方案。这种方案不仅提高了机器人在复杂任务中的操作效率，还为机器人数据集的积累提供了有效手段。通过这些数据集，研究人员能够更好地训练和优化机器人的控制算法，从而提高其在实际应用中的表现。 4、Franka机器人与人形机器人的关系4.1技术验证与VLA模型人形机器人技术在近两年取得了显著进展，引发了广泛关注。然而，机械臂操作技术仍然面临诸多挑战。无论是基于VLA（Visual Language Action）模型还是其他操作策略，当前的技术仍然存在很大的局限性。
斯坦福大学等OPEN-VLA模型 主流的VLA模型大多通过Franka机器人进行验证。Franka机器人因其高精度的力控能力和丰富的传感器配置，成为验证和优化这些模型的理想平台。例如，许多研究机构利用Franka机器人测试和改进VLA模型的性能，如斯坦福大学的OPEN-VLA提出一种开源的视觉语言行动（Visual Language Action, VLA）模型，旨在通过结合视觉和语言信息实现机器人操作任务；而华东师范大学、美的等提出DIFFUSION VLA则基于扩散模型优化VLA系统，提升机器人在复杂任务中的操作适应性。通过Franka机器人的高精度关节扭矩控制和实时反馈，研究人员能够更准确地评估和优化模型的参数，从而提高模型在复杂任务中的表现。这种技术验证不仅推动了VLA模型的发展，也为其他机器人技术提供了宝贵的参考。 4.2结构设计的相似性Franka机器人和人形机器人在结构设计上具有显著的相似性。Franka机器人采用七轴设计，这种设计模仿了人类手臂的运动方式，提供了更高的灵活性和适应性。人形机器人越来越多地采用七轴仿生构型，这种设计不仅提高了机器人的操作能力，还使其更接近人类的运动模式。例如，达姆施塔特工业大学、慕尼黑工业大学等，开发基于Franka机器人的类人KoBo34机器人，意在研究自动意图识别，以支持机器人“理解”人类行为，通过人类通过手势、注视方向或语音等不同方式表达，研究利用不同方式的数据来自动识别人类意图。
Franka机器人的每个关节都配备了力传感器，这种主动力矩结构显著增强了机器人的力控操作能力。这种设计为人形机器人提供了重要的参考，帮助其在力控操作方面突破边界，增加更多操作的可能性。例如，人形机器人可以借鉴Franka机器人的关节设计，实现更精确的力控操作，从而在复杂任务中表现更佳。 4.3应用拓展与开源算法Franka机器人已经成功构建了人形双臂机器人结构。例如，PNP机器人团队基于Franka机器人开发了固定安装和移动安装的双臂人形机器人结构。这种双臂结构为人形机器人的开发提供了重要的参考。例如CURI 机器人由香港中文大学机械与自动化工程学系助理教授Chen Fei教授开发，其类人结构安装在移动底盘上，动作极其灵巧，通过操作策略的学习具备和人类一样灵巧和聪明，利用 GenAI 的强大功能，还能够从人类的示范中学习，而且学习速度惊人。例如，在演示五到十次之后，它就能学会如何与人握手，仅演示 30 次之后，它就能烹饪出你最喜欢的美食。
香港中文大学移动双臂机器人CURI揉面团 对于人形机器人公司来说，Franka机器人在具身智能领域的广泛影响和丰富的开源算法是一个巨大的优势。通过借鉴Franka机器人的双臂操作策略，人形机器人公司可以更快地开发出高效的双臂操作方案。这种策略的迁移不仅加快了人形机器人的开发速度，还提高了其在实际应用中的表现。开源算法和社区合作为人形机器人提供了丰富的资源和支持，促进了技术的快速进步。
5、总结与展望Franka机器人作为具身智能领域的标杆产品，通过其技术创新和广泛应用，为机器人技术的发展提供了重要的推动力。它不仅在研究和教育中发挥了重要作用，还通过其生态系统和社区合作推动了技术的普及和应用。Franka机器人与PNP机器人建立了紧密的合作关系，共同致力于具身智能解决方案的发展。这种合作充分发挥了PNP机器人在协作机器人行业的先进市场、技术和产业经验，为Franka机器人在中国的本地化和应用提供了强有力的支持。
PNP机器人创始人包文涛在ROS Con中国区会议上分享具身数据采集方式 PNP机器人团队经历了国内协作机器人行业从0到1的发展过程，积累了丰富的市场经验。这种经验不仅涵盖了市场推广和客户教育，还包括了技术本地化和应用场景的拓展。PNP机器人团队对本地市场需求的深刻理解和对行业趋势的敏锐洞察，使得Franka机器人能够更好地适应中国市场的特点，满足本地客户的需求。 未来，Franka机器人将继续引领机器人技术的发展，为解决现实世界中的复杂问题提供新的解决方案。随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，Franka机器人将在更多领域发挥其引领作用，为人类带来更多的便利和可能性。在中国市场，Franka机器人与PNP机器人的合作将进一步深化，共同推动具身智能技术的普及和应用。通过这种紧密合作，Franka机器人和PNP机器人将共同成长，为机器人技术的未来发展做出更大的贡献。 关于集智联机器/PNP机器人 PNP机器人， 英文名字：Plug & Play Robotics简称PNP机器人， Franka机器人主要合作伙伴，聚焦具身智能机器人解决方案，目标用先进的机器人技术实现机器人在各个行业的快速使用。PNP机器人团队成员均来自于国内外机器人行业知名企业，具有较强的学术背景。具身机器人数据采集方案具体咨询PNP机器人。 关于Franka Robotics GmbH Franka Robotics 成立于 2016 年，原名Franka Emika, 2023年11月被Agile Robots SE思灵机器人收购后更名为Franka Robotics。Franka机器人是一家专门从事先进机器人平台开发和制造的知名公司， 产品在慕尼黑设计，凭借其创新的控制界面、人类触觉技术和庞大的机器人研究人员社区，Franka Robotics 机器人在研究及其他领域赢得了声誉。 PNP机器人是Franka Robotics中国区域主要合作伙伴，和Franka机器人深度合作，提供具身智能机器人操作策略和具身智能通用数据采集解决方案。
注更多机器人具身智能方案，请及时联系。
作者：PNP机器人 包文涛，曾任职ABB、Universal Robots等知名机器人企业，工作于美国、加拿大、新加坡等地，担任北美/中国区域等高级管理职位，后创立集智联机器人/PNP机器人。目前PNP机器人是思灵/Franka机器人**合作伙伴，提供具身智能机器人数据集解决方案，具体市场/技术/销售等咨询PNP机器人。 转载请注明来源于机器人大讲堂，原创PNP机器人。 引用参考： 3.为何协作机器人能够兴起？“协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围” 之一 4.为何协作机器人能够兴起？“协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围” 之二 为何协作机器人能够兴起？“协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围” 5.为何协作机器人能够兴起？“协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围” 之三 协作机器人-激烈的市场谁能杀出重围（三）——机器人的安全性问题的来源和如何保证 6.具身智能工业和民用场景的未来探讨 —从2025具身智能机器人发展大会，探讨具身智能机器人面向工业和民用场景的方向和意义 7.RosCon中国站：探索具身智能新高度 RosCon中国站：探索具身智能新高度——机器人在数据收集与学习策略中的优势和机会 8.未来七轴机器人会占据主流？未来七轴机器人会占据主流？深度解析具身智能方向当前六轴机器人和七轴机器人的区别，七轴力控机器人发展会加快吗？ 9.https://ieeexplore.ieee.org/document/10693652 IEEE Robotics & Automation Magazine ( Volume: 31, Issue: 4, December 2024) 10.Diffusion-VLA: Scaling Robot Foundation Models via Unified Diffusion and AutoregressionarXiv:2412.03293v1 [cs.RO] 4 Dec 2024 |
