研究領(lǐng)域及發(fā)展前景簡介

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1、硏究領(lǐng)域及發(fā)展前景簡介（程紅太）1）新一代智能工業(yè)機(jī)器人智能工業(yè)機(jī)器人是新一代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢。工業(yè)機(jī)器人誕生半個(gè)多世紀(jì)以來，各項(xiàng)技術(shù)逐步完善，依靠高重復(fù)定位精度,廣泛應(yīng)用于以汽車制造業(yè)為代表的生產(chǎn)過程屮，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。然而,傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人工作于靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化、確定性的無人環(huán)境中，機(jī)械地完成重復(fù)性作業(yè),在空間上機(jī)器人與人相隔離、通過預(yù)先編程或示教再現(xiàn)控制。近十年以來，隨著信息化、全球一體化和互聯(lián)網(wǎng)化的深入，當(dāng)今制造業(yè)逐漸展現(xiàn)出小批量、個(gè)性化、短周期、高品質(zhì)等特征。新興生產(chǎn)模式對現(xiàn)冇工業(yè)機(jī)器人提出了更高的需求和新的挑戰(zhàn)。這

2、些新的巨大需求是傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)不具備的，這種局限性制約了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和產(chǎn)業(yè)的深層發(fā)展。因此，新一代工業(yè)機(jī)器人成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。新一代工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該是一種可融入人類生產(chǎn)、生活環(huán)境、與人優(yōu)勢互補(bǔ)、合作互助，進(jìn)而成為具備靈活作業(yè)能力的人類“工友型”機(jī)器人，而其中“人機(jī)協(xié)作”是下一代工業(yè)機(jī)器人所應(yīng)具備的基木特征，這主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：（1）任務(wù)融合；（2）行為融合；（3）智能融合。其中任務(wù)融合是目標(biāo)，指人與機(jī)器人相互配合共同完成一個(gè)指定任務(wù)，而達(dá)成這樣的目標(biāo)，需要人與機(jī)器人在行為上一致、協(xié)調(diào)、互助，并且提升機(jī)器人智能水平，使

3、人的智能與機(jī)器人的門主行為能力相融合。這是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，需要從以上三個(gè)方面聯(lián)合創(chuàng)新。然而，當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)尚缺乏有效地的人機(jī)協(xié)作型新一代工業(yè)機(jī)器人解決方案。要想實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)方面的融合，僅僅靠增加一套視覺傳感器、力傳感器和一些智能控制算法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要從本體、結(jié)構(gòu)、功能和感識、決策等諸多方面做出整體優(yōu)化與調(diào)整。與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的獨(dú)占工作空間的應(yīng)用模式不同，人機(jī)協(xié)作型工業(yè)機(jī)器人需要與人分享工作空間，并共同完成同一任務(wù)。因此，如何保證人的生命安全，如何快速“教會”工業(yè)機(jī)器人新工藝，如何與人靈活配合完成新任務(wù),都是需要解決的問題。

4、概括地說，柔順性、靈活性、智能化是“人機(jī)協(xié)作”新代工業(yè)機(jī)器人所應(yīng)具備的必要條件。智能工業(yè)機(jī)器人的研究即是在傳統(tǒng)機(jī)器人的基礎(chǔ)Z上，研究對其進(jìn)行智能化升級的共性關(guān)鍵技術(shù)：自學(xué)習(xí)技術(shù)（即機(jī)器人利用自身傳感器獲得的數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能技術(shù)，□主優(yōu)化其工藝水平的過程）和示教學(xué)習(xí)技術(shù)（即機(jī)器人通過觀察曲人類直接的、“言傳身教”式的演示操作，來學(xué)習(xí)新工藝的過程）。此項(xiàng)研究對于提升機(jī)器人智能化水平，擴(kuò)展我國機(jī)器人應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，具有重要的現(xiàn)實(shí)和理論意義。當(dāng)麗，隨著柔性制造、云制造等潮流，國外已經(jīng)開展了新一代智能機(jī)器人的研究步伐。美國提出“制造業(yè)再回

5、歸”戰(zhàn)略，旨在利用自身在技術(shù)方面的優(yōu)勢，通過提升制造業(yè)自動化水平彌補(bǔ)自身勞動力的劣勢，其屮i個(gè)很重要的方面即為如何進(jìn)一步提升機(jī)器人的智能化水平，使機(jī)器人可以更深地融入制造業(yè)的方方面而。美國學(xué)者們?yōu)槲磥?-15年美國在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域指出了若干研究方向。從其列出的10項(xiàng)重點(diǎn)研究的基礎(chǔ)理論方向口J以看出，除新型機(jī)構(gòu)和高性能驅(qū)動器、魯棒高精度傳感器外，均側(cè)重于人類知識技能的表達(dá)、機(jī)器人學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力，智能控制與運(yùn)動規(guī)劃，人機(jī)交互方法等“軟”技術(shù)。可以看出，國外已從注重機(jī)器人本體向著注重機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)技術(shù)；從而向傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人向新一代智能

6、工業(yè)機(jī)器人的方向邊進(jìn)。隨著歐美國家“再工業(yè)化”的興起，以工業(yè)機(jī)器人為代表的高端智能制造必將成為未來各國競爭的主要方向。如何順應(yīng)并把握這一趨勢，對我國實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)意義重大。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,我國從70年代理論跟蹤到80年代樣機(jī)研制，再到如今，在某些機(jī)器人領(lǐng)域已具備進(jìn)I」替代實(shí)力，在汽車行業(yè)已形成良好產(chǎn)業(yè)化局面，已經(jīng)有了長足的進(jìn)步。然而，我國自主研制工業(yè)機(jī)器人的智能化水平與國外同類產(chǎn)甜尚有相當(dāng)大的差距，例如，當(dāng)前國產(chǎn)機(jī)器人力控制尚處在試驗(yàn)階段，而國外產(chǎn)晶早已將力控制作為集成在其控制器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)功能模塊實(shí)用化，極大提

7、升系統(tǒng)使用的便利性；受限于智能化水平，國產(chǎn)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域冇很大局限性，無法應(yīng)用于整個(gè)生產(chǎn)流程，而FANUC已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)機(jī)器人生產(chǎn)機(jī)器人，ABB也正在探索高精度裝配任務(wù)下機(jī)器人自學(xué)習(xí)能力，準(zhǔn)備將其作為控制器標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的一部分。因此，在國產(chǎn)機(jī)器人初具規(guī)模、國外機(jī)器人智能化浪潮方興未艾的形勢下,依靠國內(nèi)廣闊的市場，充分捉升機(jī)器人智能化水平，拓展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，捉高我國制造業(yè)口動化、智能化水平具有十分重要的意義。2)智能材料驅(qū)動柔順機(jī)器人柔順性是保證機(jī)器人使用過程中人身安全的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人建立在伺服電機(jī)和諧波減速器的基礎(chǔ)之上，為

8、保證足夠的伺服精度，機(jī)器人往往采用高增益控制器，這使得機(jī)器人具有很高的剛度，一旦與外部發(fā)生碰撞，會產(chǎn)生十分巨大的撞擊力；另外，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不具備逆向駁動能力(backdriven),因此,在與人協(xié)作時(shí),冇可能對人類造成傷害。2015年7月大眾汽車