1　國內外智能機器人技術(shù)現狀與趨勢

    智能機器人是能夠依靠自身攜帶的傳感器感知理解外界環(huán)境，根據任務(wù)需要實(shí)時(shí)決策執行，以自主/半自主方式進(jìn)行作業(yè)，在已知/未知環(huán)境中具有一定自我學(xué)習和適應能力的智能裝備。

    1.1 傳統機器人

     特點(diǎn)：

     固定安裝，缺乏與環(huán)境、操作人員的交互能力；

    適用于流水線(xiàn)作業(yè)，柔性制造能力有限。

    1.2　智能機器人

    特點(diǎn)：

    高柔性制造能力；

    安全與人協(xié)作能力。

    1.3　輕型柔性機械臂技術(shù)

    由KUKA公司研制，于2014年11月上市，已經(jīng)在大眾汽車(chē)發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)應用，采用柔性關(guān)節制造，能夠滿(mǎn)足柔順裝配的需求，但是成本較高。特點(diǎn)：

    力矩反饋型柔性關(guān)節；

    主動(dòng)安全；

    人機協(xié)作；

    工位替代；

    柔順控制。

    1.4　模塊化柔性機械臂技術(shù)

    由Universal Robots公司研發(fā)，其采用模塊化、輕量化的設計思路，具有輕型、安全、靈活且生態(tài)友好的特點(diǎn)，無(wú)需繁瑣安裝與設置即可融入現有生產(chǎn)線(xiàn)。特點(diǎn)：

    模塊化關(guān)節；

    手把手示教；

    獨特友好的人機交互界面；

    輕量化。

    1.5　全向移動(dòng)機械臂技術(shù)

    由KUKA公司研制，將移動(dòng)平臺與大負載機械臂相結合，主要面向大型飛機蒙皮打磨、鉆鉚等工作，有效地提升飛機制造行業(yè)的生產(chǎn)效率。特點(diǎn)：

    全向移動(dòng)平臺；

    大負載；

    高精度定位與導航；

    精細操作。

    1.6　輕巧型雙臂機器人技術(shù)

    由ABB公司研發(fā)，具有視覺(jué)和觸覺(jué)傳感器軟性材料包裹，保障人類(lèi)同事安全。該機器人將小件裝配等自動(dòng)化應用帶入一個(gè)全新的時(shí)代。特點(diǎn)：

    雙臂協(xié)同；

    無(wú)縫替代工人工作；

    安全防護。

    1.7　高精度雙臂機器人技術(shù)

    由愛(ài)普生公司研發(fā)，具備視覺(jué)與力度感應功能，可通過(guò)物品識別、決策、動(dòng)態(tài)力度調節自律執行任務(wù)，計劃2015年推出其商業(yè)版。特點(diǎn)：

    雙臂協(xié)同；

    力矩關(guān)節；

    主動(dòng)安全；

    人機協(xié)作；

    工位替代；

    柔性控制。

    1.8　多機器人操作技術(shù)

    歐洲飛機制造商在數字化工廠(chǎng)中采用了多個(gè)可移動(dòng)的機器人可同時(shí)進(jìn)行飛機內外艙段間鉆鉚、裝配等作業(yè)。特點(diǎn)：

    多臂協(xié)同；

    高精度操作；

    移動(dòng)平臺；

    視覺(jué)伺服。

    1.9　智能機器人技術(shù)發(fā)展現狀（如表1所示）
 

表1 智能機器人技術(shù)發(fā)展現狀

    2　新一代智能機器人的關(guān)鍵技術(shù)

    （1）傳感器技術(shù)

    傳感器技術(shù)是機器人智能化的先決條件，機器人利用傳感器實(shí)現對外部環(huán)境以及自身狀態(tài)的感知與獲取，影響機器人的后續的智能決策。

    （2）伺服技術(shù)

    伺服系統是智能機器人的基本運動(dòng)單元，主要研究伺服電機及驅動(dòng)器、精密減速器、液壓泵、伺服閥、運動(dòng)控制器技術(shù)。

    （3）機構技術(shù)

    機構技術(shù)主要研究直角坐標機構、串聯(lián)機構、并聯(lián)機構以及機構和仿生機構的構型綜合、運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等相關(guān)內容。多應用于多冗余仿生機械臂技術(shù)和協(xié)同雙臂或者多臂技術(shù)。

    （4）控制技術(shù)

    控制技術(shù)是在復雜的情況下，將任務(wù)規劃制定轉變成期望的機器人機械運動(dòng)。運動(dòng)控制技術(shù)一定程度上影響了機器人的運動(dòng)的精度與可靠性，進(jìn)而對機器人的任務(wù)執行效能產(chǎn)生影響。復雜非結構環(huán)境運動(dòng)控制技術(shù)、仿生運動(dòng)控制技術(shù)、機構與運動(dòng)控制整合技術(shù)正快速發(fā)展。目前我國重點(diǎn)發(fā)展的是自主控制技術(shù)。

    （5）人機交互技術(shù)

    穩定、友好的人機交互系統成為機器人不可分離的組成部分。人機交互系統包含的主要元素為：人的因素、交互設備及實(shí)現人機對話(huà)的軟件。目前主要分為：以計算機為核心的人機界面交互技術(shù)；腦機遠程交互與通訊技術(shù)；大量采用虛擬現實(shí)交互技術(shù)。

    （6）網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)

     網(wǎng)絡(luò )化技術(shù)是實(shí)現工業(yè)現場(chǎng)的智能機器人以及控制中心的數據鏈接與交互關(guān)鍵所在，將各機器人互聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò )，有效地促進(jìn)智能機器人的分工協(xié)作能力，促進(jìn)生產(chǎn)效率。其中包括：大帶寬數據實(shí)時(shí)交互技術(shù)、節點(diǎn)的可擴展性和有線(xiàn)向無(wú)線(xiàn)的推廣。

    3　新一代智能機器人重點(diǎn)研究方向與內容

    （1）一體化伺服關(guān)節

    重點(diǎn)研究方向：

    高集成度、高負載自重比的一體化力矩型伺服關(guān)節結構設計與布局優(yōu)化設計技術(shù)；

    基于高速串行總線(xiàn)的伺服關(guān)節模塊化伺服系統設計技術(shù)；基于多傳感器信息融合的高精度高動(dòng)態(tài)相應伺服關(guān)節智能運動(dòng)控制技術(shù)。

    應用背景：智能機器人的關(guān)節配套、模塊化機器人組裝。

    （2）基于視覺(jué)的靈巧型工業(yè)機器人

    重點(diǎn)研究方向：
 
    可重構的模塊化結構技術(shù)；

    高精度聯(lián)動(dòng)差補技術(shù)；

    智能化多軸控制器技術(shù)；

    視覺(jué)定位與伺服控制技術(shù)。

    應用背景：面向勞動(dòng)密集型行業(yè)的柔性制造機器人系統，形成多功能、多類(lèi)型和系列化的柔性制造機器人集成應用。

    （3）柔性輕量機械臂

    重點(diǎn)研究方向：

    多冗余機械臂控制技術(shù)；

    多目標結構優(yōu)化技術(shù)；

    大功率伺服技術(shù)；

    力—位混合控制技術(shù)。

    應用背景：主要面向柔性裝配需求高的場(chǎng)合，定制型產(chǎn)品線(xiàn)，無(wú)縫替代單工位。

    （4）雙臂協(xié)同機器人

    重點(diǎn)研究方向：

    多冗余機械臂結構設計；

    多臂協(xié)調運動(dòng)的規劃；

    基于視覺(jué)的位姿控制技術(shù)；
   
    柔性協(xié)調控制技術(shù)；

    多傳感器融合技術(shù)。

    應用背景：工業(yè)領(lǐng)域主要面向柔性電子裝配線(xiàn)，拓展應用至危險環(huán)境作業(yè)、空間維護、家庭服務(wù)、醫療康復等。

    4　智能機器人與系統集成的制造模式構想

    4.1　面向勞動(dòng)密集型的柔性生產(chǎn)線(xiàn)（如圖1所示）
 

    圖1 面向勞動(dòng)密集型的柔性生產(chǎn)線(xiàn)

     4.2　3D打印自組裝生產(chǎn)線(xiàn)（如圖2所示）

 圖2 3D打印自組裝生產(chǎn)線(xiàn)

    4.3　快速柔性定制生產(chǎn)線(xiàn)（如圖3所示）
 

 圖3 快速柔性定制生產(chǎn)線(xiàn)

    5　結語(yǔ)

    隨著(zhù)我國智能制造裝備的發(fā)展深度和廣度日益提升，以新型傳感器、智能機器人、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線(xiàn)為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系初步形成。但作為一個(gè)正在培育的新興產(chǎn)業(yè)，仍存在技術(shù)創(chuàng )新能力薄弱、產(chǎn)業(yè)規模小、基礎薄弱、缺乏核心競爭力等問(wèn)題。

    作為未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展趨勢，大力培育和發(fā)展新一代智能機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對于加快制造業(yè)轉型升級，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實(shí)現由“中國制造”向“中國智造”轉變具有重要意義。

    （文章整理自張新華在“2015國家智能制造新年論壇”上的大會(huì )報告）

    摘自《自動(dòng)化博覽》5月刊