双手协同机器人助推我国机器人新世纪

2023-07-17 07:20:25

　　双手协同机器人助推我国机器人新世纪

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　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我国机器人行业典型研讨会

　　当前，随着人们对工业、医疗、服务质量明确要求的不断提高，他们迫切的希望机器人能更为的像人，因此能和人“并肩战斗”。在这一蓝图的促使下，双手协同机器人孕育而生。相比双管机器人而言，双手协同机器人更为的敏捷，因此能与人碰触，这无疑是机器人技术的重大突破。我国作为机器人的应用领域大国，要拥有自主的双手机器人品牌，打破国外机器人对市场的垄断，这将会是未来十年他们所面临的巨大的挑战，但也是要实现的目标。

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　　人机协同机器人有什么优势？它能发挥人的长处和机器的长处。机器能乐此不疲地展开力学的操作方式、逻辑思维和思维，人能在繁杂的、未知的自然环境下做出判断和决策。协同体那时信息的可视化，透过人和机器的力学碰触，也透过人机介面。这种人机协同机器人的INS13ZD方式是什么？

　　第一是双手操作方式；

　　第二是人能鼓励机器展开操作方式；

　　第三是考虑到人和机器的安全，因为是在同一狭窄的自然环境之下一起工作；

第四是他们期待的碰触。就是在机器人和自然环境间、机器人的三个手臂间，还有机器人和人间。

　　其中，第二种操作方式要比那时应用领域的一般工业机器人要繁杂得多，所以他们应该从控制系统的规定、操作方式、硬体、掌控和软件展开全面地设计。

　　机器人方法论走向商业化

机器人方法论和实践的爆发是从九十年代已经开始的，包括逆天体力学和动力学的掌控方法、稳定性方法论、力掌控和机器视觉，这些技术获得成功地利用到了内部空间机器人下面。他们做了敏捷臂并于2008年发射到了近地点，那时它是空中近地点下面运行的惟独的一个敏捷臂，也是双手的机器人，主要是在国际性太空站做碰触操作方式。那个机器人非常获得成功地应用领域了力掌控的手段，传输速率将近五小时。它顺利完成了国际性太空站明确要求的全部部件更换任务，因此在2013年的时候第一次对卫星填入了1．3升的推进剂。填入推进剂是当今世界各国都在梦想顺利完成一件事情，基利大政府还在2013年发布的纸币上把敏捷机器人作为背景图案，这足以说明对敏捷机器人的重视程度。

　　从2010年已经开始，他们团队把内部空间机器人的技术应用领域到了医疗下面。第二件事，就是他们采用的是八个下肢的机器人在温哥华儿童医院做小脑损伤术后，这也是当今世界上第二次把获得成功实现探头在人的腹中移动，鼓励医生找到脑损伤面的术后。第三件事，就是采用NeuroArm II双手机器人在磁共振的前提下，牙医对病人的脑组织展开术后。这三个项目之中利用了全自适应动态补偿的掌控办法，使机器人的精度得到大大提高。

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　　九十年代以后，新的发展主要是集中在硬体和通讯各方面，这使得机器人有了更好的技术前提，协同机器人已经开始商业化，这将利皮扬卡类的生活、工业发生很大的影响。他们能预测，这会像往后的Cell Phone和Inter一样利皮扬卡类产生重大的影响。

　　以人主导与鼓励

北京大学智能机械控制系统实验室在往后一年多的时间里研发出一款机器人产品 “WEE”。“WEE”是一个双手机器人，它是由三个双管共同组成，每一双管能独立操作方式，所以每一双管由七个下肢共同组成，那个双手机器人能有灰鳍的阻抗。人和机器人能共存在同一自然环境之中，用户能透过介面选择他所须要的操作方式模式。那个机器人是模组化的，这表那时机器上是模组化的，在电气上是模组化的，所以在掌控上也是模组化的，所以它能拓展到十个下肢，而不须要在控制系统各方面做重新的设计。

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人机协同机器人有什么样的技术明确要求？什么样的性能是设计者所希望的呢？那个操作方式分为绿、黄、黄色三个地区。绿色的地区就是指一般的机器人，这种机器人能自由地移动。黄色的地区指已经接近人了，那个时候就要小心它会人伤害到人的问题。黄色的地区就是碰触的地区，那个地区机器和人展开碰触，和它所要顺利完成的任务展开操作方式。

他们做这件事情就是靠下肢掌控和任务掌控这样的阻尼掌控，这样的阻尼是按照不同地区的明确要求来展开调整的，所以他们要有无缝的衔接，就是在机器人的末端从不同的地区展开移动。他们还希望机器人的末端阻尼和刚度都是完全节偶的，换句话说，如果在它的末端推它，往哪个方向用力，机器人的末端就朝着哪个方向运动。他们希望机器人和人碰触的力是很小的。如果机械臂以每秒两厘米的速度推进，那个速度对于碰触操作方式是足够的。他们检测到的力不会大于五牛顿，这是比一般的人机协同机器人达到的指标都要高得多，甚至要高出一个数量级。机器人要防止在人和机械臂间可能的碰触和碰撞。双手操作方式就像人一样，双手不是独立操作方式的，如果右臂展开操作方式，左臂就能按照右臂的操作方式状况辅助来做。他们希望无论是双手还是双管都要由人作为鼓励和主导。

我还希望双手机器人要具备什么性能？它的力度要小，刚度要节偶。那么它能不能达到最极致的位置？也就是说，性能达到一个临界点。他们的双手机器人做到了这一点，将力度达到最小，也实现了完全的节偶。方法论应该有一种协同机器人敏捷性的指标，所以那个指标和往后人们沿用的普通机械臂敏捷性的指标是有所区别的。

　　他们的掌控是结合时间轨迹和状态轨迹，一个臂跟着另一个臂动作的掌控方法。他们要把闭环控制系统的带宽极致化、最大化，要用用户来鼓励双管和双手的操作方式，三个臂间协同操作方式、机械和人间的协同操作方式。那个集中点已经从一个机械臂的一个末端改为三个机械臂的末端，让机械臂和人的手展开碰触，除此之外，还有不可预测的人和机器人的碰触。

　　WEE Control就是力作用在那个机器人的末端，引入了机械臂的运动，它一定要满足三个前提：第一，臂要非常柔软；第二。臂的阻尼是完全节偶的。这两点，他们都做到了。

　　人机协同机器人的全方位应用领域

那么，那个机器人控制系统有什么应用领域呢？他们到深圳和其它地方做了很接近的调查，当时我看到这些应用领域的时候非常感慨，因为他们机器人的应用领域真的只是在一个大的领域里面用了一小角，这么多的应用领域都能用机器人，特别是人机协同的机器人做到。

他们了解了一家叫Wave公司，他们在做滤波器，就是要调节螺栓的高度，使得它输出的电频满足一定的须要。那么，那时普遍是怎么做的呢？是工人两只手在调。那个劳动强度是非常高的，所以工人的工资一定要付得很高人家才会来。那么，他们就用双手机器人代替这样一条测试线，把智能化引入进来，不须要再看荧光屏了，完全能靠控制系统来判断那个机器人应该怎样调节螺栓的高度。这里有一个关键，把第一个螺栓的高度调好了，再移到后面几个螺栓的时候，第一个螺栓的变频又错了，对于机器人来说再来一次就能了，我期望透过这样的智能机器人的引入能给深圳3C的生产线带来更多的改进。

　　下一个十年

那时也有很多实际上没有被人们认识的机器人的应用领域，只有这样双手的机器人才能处理这样的柔性阻抗，换句话说，一根绳子一块布，一个机器人一条臂能做吗？而两条臂就很容易。另外就是模组化的结构，他们能做十个下肢的蛇形机器人，由于机器人是有很大的冗余度的，就算给了机器人的本体一个外力作用，前面的六个自由度都是能保持完全不变的。他们的掌控技术能用来改进那时传统机器人的瓶颈，比方说焊接机器人的抖动，如果用模型补偿了加速度，这些问题都是能解决的。他们的下一个梦想就是很快地把WEE更为轻型化，来做和人直接的碰触。

　　那时服务机器人的应用领域多数还是语言和娱乐，如果他们做直接的碰触，那么就会在力度掌控各方面积攒下技术能力。WEE将会是一个很好的平台，特别是当它作为一个医疗机器人时，它的精度和敏捷性能透过更多的臂来展现出来，所以他们要推出我国自主产权的品牌，来抵抗我国机器人市场完全被国外品牌所占领，这将是未来十年的时间内非常重要的事情。

　　( 文章来源：互联网 )

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