在現(xiàn)有的技術(shù)水平中，人工智能還不足以支撐機(jī)器人在復(fù)雜多變的環(huán)境中完全自主地完成各類任務(wù)，人類不得不參與監(jiān)管和控制機(jī)器人本體，于是遙操作將會(huì)迎來它第二個(gè)70年蓬勃發(fā)展。

遙操作機(jī)器人最早出現(xiàn)在20世紀(jì)四五十年代Raymond C.Goertz的核研究中，用于保護(hù)在放射性環(huán)境中工作的人身安全。

提到遙操作，可能會(huì)想到電視遙控器，這個(gè)讓當(dāng)代人類覺得“成功偷懶”的設(shè)備之一（需要忽略拿遙控器的過程），它的發(fā)明源于無線電遙控技術(shù)——122年前被發(fā)明出來——算是遙操作的雛形，是人類遠(yuǎn)距離控制技術(shù)的開始。

無線電遙控，由尼古拉特斯拉（NikolaTesla）（1856-1943）于1898年開發(fā)出來（美國專利613809號(hào)）。

而遙操作機(jī)器人，或許是機(jī)器人領(lǐng)域最早的研究方向之一，它不僅幫助人類在太空和深海探究，而且加強(qiáng)國家軍事競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，還協(xié)助人類在醫(yī)療和災(zāi)難中救治。它更讓人覺得不是“機(jī)器換人”時(shí)代，而是“機(jī)器幫人”時(shí)代。

遙操作機(jī)器人（Telerobotics）通常是指有操作者控制的或是人在控制環(huán)中的機(jī)器人。用戶對(duì)規(guī)劃層、認(rèn)知層等系統(tǒng)高層進(jìn)行決策，而機(jī)器人只負(fù)責(zé)機(jī)械實(shí)現(xiàn)。相當(dāng)于大腦與身體分離或遠(yuǎn)離。

20世紀(jì)四五十年代，在核研究中使用的遙操作機(jī)器人，其控制結(jié)構(gòu)主要是直接控制，即遠(yuǎn)程站點(diǎn)系統(tǒng)不具備自主和智能，用戶需要通過主機(jī)通訊接口直接控制從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

20世紀(jì)八九十年代，采用監(jiān)督控制優(yōu)化了時(shí)延對(duì)遙操作機(jī)器人的影響，同時(shí)引入遙操作機(jī)器人共享控制實(shí)現(xiàn)在太空、醫(yī)療和水下的研究和使用。

深海潛水器分為三類：載人潛水器（Human Occupied Vehicle，HOV）、有纜遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）和無纜自治潛水器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）。其中，ROV中的遙操作是通過連接水下機(jī)器人與母船的臍帶纜實(shí)現(xiàn)的。

21世紀(jì)以來，不僅將三種控制結(jié)構(gòu)完美融合，而且開發(fā)出高自主性能的仿人型遠(yuǎn)程站點(diǎn)，還逐漸融入了5G、AI、VR等新興技術(shù)。

低自主性：操作人員可以選擇遙操作控制各個(gè)具體關(guān)節(jié)，機(jī)械臂會(huì)“七扭八扭”產(chǎn)生任何你想要到達(dá)的構(gòu)型，人類操作的自主性高，但很容易進(jìn)入奇異點(diǎn)造成失控；

中自主性：操作人員可以選擇機(jī)械臂末端位置遙操作，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解；

高自主性：操作人員直接給予抓取特定目標(biāo)的指令，機(jī)器人將自動(dòng)生成末端執(zhí)行器軌跡，同時(shí)關(guān)節(jié)通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。

接下來，通過幾個(gè)實(shí)例，來了解一下遙操作或遙操作機(jī)器人的技術(shù)和應(yīng)用情況：

1.深圳華大智造科技有限公司自主開發(fā)的MGIUS-R3遠(yuǎn)程超聲診斷系統(tǒng)，其運(yùn)用了機(jī)器人技術(shù)、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制及高分辨率超聲成像等前沿科技融合，突破傳統(tǒng)超聲診斷方式的時(shí)空局限，由醫(yī)生端（遙操作端）、病人端（遠(yuǎn)程站點(diǎn)）通過5G通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，時(shí)延穩(wěn)定低于30ms。醫(yī)生端遠(yuǎn)程控制病人端的機(jī)械臂和超聲機(jī)器進(jìn)行實(shí)時(shí)操作和掃查，圖像實(shí)時(shí)發(fā)回醫(yī)生端供醫(yī)生診斷，在快速、準(zhǔn)確診斷病情的同時(shí)，也為防范醫(yī)護(hù)人員感染和疫情擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)、保障患者安全提供了多重安全保證。

2.意大利理工學(xué)院（IIT）的Centauro機(jī)器人，是一款輪式四足+雙臂救災(zāi)機(jī)器人，其全身遙操作套裝系統(tǒng)(Full-body Tele-presence Suit)，使得機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)都可被操作人員控制。由于該套裝集成了力反饋，因此對(duì)復(fù)雜的非剛性和易碎物體的抓取操作非常有效。同時(shí)，采用一套基于時(shí)域無源((Time DomainPassivity)的控制方法，解決復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題及處理遙操作控制的延時(shí)問題，相應(yīng)的多邊Position-force遙操作映射框架包含了機(jī)械臂操作中常見的摩擦力和重力補(bǔ)償與低阻抗柔性操作等。

3.麻省理工學(xué)院（MIT）的新型遙操作系統(tǒng)（Teleoperation System），可以讓雙腿機(jī)器人“借用”人類的身體技能，從而以更大的敏捷性移動(dòng)。該系統(tǒng)的平衡反饋接口（Balance Feedback Interface,BFI）主要模塊包括：（A）軀干和足部的定制化接口附件，用于高速（1kHz）捕獲人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。（B）兩個(gè)欠驅(qū)動(dòng)模塊，用于跟蹤軀干的位置和方向，并向操作員施力。（C）每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊有三個(gè)自由度，其中一個(gè)是由直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的推桿/拉桿。（D）一系列帶有被動(dòng)關(guān)節(jié)的鏈環(huán)，與操作者足部相連并跟蹤其空間平移。（E）來自美國國家儀器(National Instruments)的實(shí)時(shí)控制器CRIO-9082，以關(guān)閉BFI的控制回路。（F）測(cè)力板，用于估計(jì)操作員的壓力中心位置，并測(cè)量操作員凈接觸力的切向力和法向力。

4.豐田新一代遙操作機(jī)器人T-HR3，將機(jī)器人與控制外骨骼、5G、VR結(jié)合，利用座椅上的16個(gè)模塊、數(shù)據(jù)手套和HTC Vive VR頭顯設(shè)備遠(yuǎn)程遙控裝有扭矩伺服模塊且共有29處關(guān)節(jié)的機(jī)器人，從而使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)復(fù)雜精細(xì)的人類動(dòng)作。

遙操作機(jī)器人與移動(dòng)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人及其它機(jī)器人一樣，必須針對(duì)特定的任務(wù)及要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。且作為人機(jī)交互方式的一種，遙操作針對(duì)的使用環(huán)境中，人是必須參與且起到主導(dǎo)控制的關(guān)鍵。因此，大部分制造業(yè)中（汽車、3C、食品、紡織、金屬、家具等）很少見到遙操作機(jī)器人的身影。

提到人機(jī)交互，不由得想到人類和機(jī)器人角色的定義。從科技?xì)v史發(fā)展中看，我們與機(jī)器人之間的合作，通過載人、遙控和自主技術(shù)的演化，如今三者之間的界線逐漸模糊。

界線的逐漸模糊，不僅僅表現(xiàn)出機(jī)器人在人類世界中的重要性，而且展示了人類對(duì)于機(jī)器人技術(shù)從不斷探索到掌控的能力。

就遙操作機(jī)器人技術(shù)而言，我們不斷掌控的能力是：

1.由單向控制到雙向控制的發(fā)展：由單向加速或速率控制、位置控制和運(yùn)動(dòng)耦合到具有前饋和反饋的雙向控制或力/位置控制。

2.由被動(dòng)性到多通道反饋的發(fā)展：由于被動(dòng)控制不能隱藏從機(jī)器人（即遠(yuǎn)程站點(diǎn)）的動(dòng)態(tài)特性而導(dǎo)致功能受限，通過提高透明度和增加多通道數(shù)據(jù)反饋而提高對(duì)被控對(duì)象的性能和從機(jī)器人環(huán)境認(rèn)知的能力。

3.由專用通信到基于Internet網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將遙操作機(jī)器人逐步由實(shí)驗(yàn)室引入到人們的日常生活中。這不僅帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中新算法、新協(xié)議和新界面的發(fā)展，而且增加了遙操作機(jī)器人在新領(lǐng)域的應(yīng)用及提高可靠性、穩(wěn)定性和安全性的技術(shù)趨勢(shì)。盡管Internet增加了延時(shí)的種類，但利用頻域控制系統(tǒng)、散射矩陣、精確觀察被動(dòng)性能、時(shí)延動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，有效的縮短了本地站點(diǎn)和遠(yuǎn)程站點(diǎn)通信延時(shí)和優(yōu)化了不穩(wěn)定性干擾的問題。

因此，逐漸攻克遙操作機(jī)器人中最主要的兩大難題——時(shí)延和系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，拓展了柔性機(jī)械臂遙操作、雙臂協(xié)同遙操作、結(jié)合新型材料和新興技術(shù)（如5G、AI、VR）遙操作等技術(shù)。

通過這些技術(shù)的發(fā)展，我們看到遙操作或遙操作機(jī)器人將從空間、軍事、手術(shù)醫(yī)療、農(nóng)業(yè)植保到醫(yī)療衛(wèi)生、娛樂教育、重載精加、救災(zāi)救難等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，從而更加深入人類生活的方方面面，也使得人類更難以消除這“第四次間斷”。

可以預(yù)測(cè)的是，未來腦機(jī)接口的方式有望替代遙操作，到那時(shí)，“想想”就可以輕松被實(shí)現(xiàn)，也就沒有“偷懶”可言了。