人机协作时代，谁来守护“安全”底线？南林学生团队给出新答案

2026-06-09 09:25:35 来源：信阳新闻网

欢迎订阅《信阳手机报》移动用户发送短信 XYSJB 到10658300即可开通 3元/月不收GPRS流量费

当机器人走出实验室，进入家庭、工厂和日常生活，一个核心问题变得无法回避：如何让机器人在有力的同时，又不失分寸？

传统机器人关节大多依赖电机驱动，遇到紧急情况时要么紧急刹车，要么依靠视觉系统提前制动。这种“刚柔难以共济”的被动安全特性，在与人近距离协作的场景中，潜藏着不容忽视的风险。近日，一支学生创业团队在磁流变柔顺执行器技术上取得突破，尝试从物理层面为人机协作提供一种“本质安全”的新思路。

起初是一则新闻引起了他们的注意：某商场内一台展示中的机器人与清洁工意外碰撞，导致人员跌倒。由此引出的话题里，有人质疑机器人安全性，有人感叹技术进步必经阵痛。而团队的研究方向正与它相似——探究如何实现机械的“刚柔共济”。

从场景出发：找到真正的痛点

这支团队由南京林业大学机械电子工程学院的硕士生和本科生组成，专注机器人关节技术研发已有近两年时间。

“我们最初的设想比较简单，就是做一个性能更好的执行器。”团队学生负责人李仕伟回忆道。在2024年底，团队带着初步方案走访了多家企业和机构，反馈让他们重新思考了方向。

他们发现，问题并不仅仅只停留在“安不安全”这个层面。

今天的协作机器人普遍配备了急停按钮、碰撞检测、视觉避障等多重安全措施。这些技术手段确实有效避免了重大安全事故的发生。但在实际应用中，团队很快就发现了一个行业普遍存在的“隐形代价”：

“现在机器人为了安全不得不牺牲部分效率。”一位工程师道出了行业的普遍困境，“一旦有什么情况，就得降速、停下、提前避让——安全是保住了，但产线效率也有了不可避免的损失。”

“一有点风吹草动就停，机械频繁中断、重新启动，效率大打折扣，磨损也增加了。” 另一位企业负责人也直言不讳。

这些反馈让团队意识到，行业现状并非“不安全”，而是正陷入“安全与效率难以兼得”的两难困境。现有的安全策略，本质上是用性能换安全，无法满足人机深度协作的需求。

在需要与人近距离接触的场景中——无论是康复训练、服务机器人帮助老人起身，还是外骨骼助力——这个问题更加突出。这些场景无法通过围栏或距离来保障安全，机器人必须与人直接接触。发生碰撞时，现有的“被动安全”策略只能“事后响应”，无法做到真正的“碰前卸力”。而一旦算法系统出现异常故障，就有可能对人以及相关物品造成不可挽回的损失。

图1团队在车间参观

图2团队在博览会上调研

团队意识到，真正的突破口不是“性能更强”，而是从被动安全转向主动柔顺。2025年初，团队开展了近50次专家研讨和大量文献研究，最终将技术方向锁定在磁流变液智能材料上。

技术路径：从物理层面实现“本质安全”

团队发现，市面上绝大多数执行器都面临同一个问题：依赖软件检测和算法响应来保障安全，存在天然的延迟风险。

行业常见的响应时间在75毫秒左右。看似很短，但在人机近距离协作的场景下，这75毫秒足以造成伤害。更关键的是，这种安全机制是“被动”的——系统正常时还好，一旦软件异常或检测延迟，刚性出力就很有可能伤及使用者或者造成财产损失。

这支团队另辟蹊径，他们没有在“软件报警”上继续堆叠功能，而是回到最底层——用材料特性重新设计关节。

团队的核心技术是磁流变柔顺执行器。磁流变液是一种智能材料，在磁场作用下，可以在毫秒级时间内从液态变为类固态。利用这一特性，团队设计出了“柔顺”执行器：一旦检测到碰撞，执行器瞬间柔顺，从物理层面实现对人和机器的双重保护。

“我们希望机器人既能高效，又能实现安全性的提升。” 李仕伟说，“这不是在已有方案上修修补补能解决的，需要从关节层面重新设计。”

围绕这一方向，团队自主研发了三大核心技术：第一，融入磁流变液，创新执行器结构。这一设计使执行器的响应时间缩短至15毫秒，同时实现了刚度与阻尼的无极调节，碰撞瞬间可主动卸力，安全性能提升了79%。第二，优化磁路设计，提升转矩稳定性。优化后，工作区域平均磁感应强度提升35.2%，最大传递转矩提升1.85倍。团队还建立了高精度EMEC等效磁路模型，将仿真计算时间从传统方法的5.8小时缩短至0.5秒，预测结果与实际误差仅3%。第三，自研MH-ADRC控制算法，实现精密力控。这能实现0.1%的高精度渐近跟踪控制，并且动态工况下力跟踪误差控制在3%以内，最小力分辨率达0.1N。