中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高級研究員楊桂林

協(xié)作機器人已成為全球機器人產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速，市場(chǎng)應用最為廣闊的一類(lèi)機器人，而協(xié)作機器人的柔順運動(dòng)控制技術(shù)對于實(shí)現安全、高效的人機協(xié)作至關(guān)重要。

從安全防護網(wǎng)走出來(lái)的協(xié)作機器人，正在逐步融入人類(lèi)的生產(chǎn)和生活環(huán)境，也必將與人類(lèi)實(shí)現安全、高效、緊密的交互與協(xié)作。未來(lái)等待協(xié)作機器人的將是更加多樣化的工作任務(wù)和更加復雜的作業(yè)環(huán)境，這對其柔順運動(dòng)控制技術(shù)提出了更高的要求。因此，協(xié)作機器人的柔順運動(dòng)控制方法需要不斷改進(jìn)和創(chuàng )新，主要將呈現以下幾方面發(fā)展趨勢。

（1）通過(guò)驅動(dòng)關(guān)節本體結構創(chuàng )新提高協(xié)作機器人的安全性和柔順運動(dòng)控制性能。例如：創(chuàng )新設計可變阻抗的雙定子力矩電機，或是在驅動(dòng)關(guān)節中引入輕質(zhì)高效的變阻抗/剛度裝置，并基于變阻抗/剛度驅動(dòng)裝置設計相應的柔順運動(dòng)控制器。通過(guò)關(guān)節本體的變阻抗/剛度特性和變阻抗控制算法的有機結合，可望顯著(zhù)提高協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制性能。

（2）采用理論模型與數據驅動(dòng)模型相結合提高協(xié)作機器人系統的動(dòng)力學(xué)建模精度。精確的動(dòng)力學(xué)模型一方面能夠有效地提高協(xié)作機器人的軌跡跟蹤和力控制精度，另一方面便于控制器優(yōu)化和控制性能分析，從而有助于提高協(xié)作機器人柔順運動(dòng)控制性能。

（3）建立協(xié)作機器人柔順運動(dòng)性能的分析評價(jià)方法，為柔順運動(dòng)控制器優(yōu)化設計奠定基礎。一方面需研究能夠表征機器人系統柔順運動(dòng)控制性能的指標；另一方面是研究機器人控制系統中各因素對柔順控制性能（如穩定性、魯棒性、控制精度）影響的分析方法，如驅動(dòng)器響應特性、摩擦力、采樣時(shí)間延遲、動(dòng)力學(xué)模型誤差和交互環(huán)境不確定性等。

（4）采用三維視覺(jué)技術(shù)與力感知技術(shù)相結合，提高對非結構化環(huán)境和人類(lèi)行為的感知認知能力。通過(guò)信息融合技術(shù)和人工智能技術(shù)的引入，既可以提高對非結構化環(huán)境建模的可靠性和精度，又能夠對人類(lèi)的動(dòng)作和行為進(jìn)行認知與預測，有助于對柔順運動(dòng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化選擇，也有助于協(xié)作機器人期望阻抗參數的智能化調整，從而使協(xié)作機器人能夠更好地適應非結構化環(huán)境并完成與人協(xié)作任務(wù)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年9月刊