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    1　國內(nèi)外智能機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢

    智能機(jī)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(jù)任務(wù)需要實(shí)時決策執(zhí)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(xí)和適應(yīng)能力的智能裝備。

    1.1 傳統(tǒng)機(jī)器人

     特點(diǎn)：

     固定安裝，缺乏與環(huán)境、操作人員的交互能力；

    適用于流水線作業(yè)，柔性制造能力有限。

    1.2　智能機(jī)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(jī)械臂技術(shù)

    由KUKA公司研制，于2014年11月上市，已經(jīng)在大眾汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線應(yīng)用，采用柔性關(guān)節(jié)制造，能夠滿足柔順裝配的需求，但是成本較高。特點(diǎn)：

    力矩反饋型柔性關(guān)節(jié)；

    主動安全；

    人機(jī)協(xié)作；

    工位替代；

    柔順控制。

    1.4　模塊化柔性機(jī)械臂技術(shù)

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

    模塊化關(guān)節(jié)；

    手把手示教；

    獨(dú)特友好的人機(jī)交互界面；

    輕量化。

    1.5　全向移動機(jī)械臂技術(shù)

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

    全向移動平臺；

    大負(fù)載；

    高精度定位與導(dǎo)航；

    精細(xì)操作。

    1.6　輕巧型雙臂機(jī)器人技術(shù)

    由ABB公司研發(fā)，具有視覺和觸覺傳感器軟性材料包裹，保障人類同事安全。該機(jī)器人將小件裝配等自動化應(yīng)用帶入一個全新的時代。特點(diǎn)：

    雙臂協(xié)同；

    無縫替代工人工作；

    安全防護(hù)。

    1.7　高精度雙臂機(jī)器人技術(shù)

    由愛普生公司研發(fā)，具備視覺與力度感應(yīng)功能，可通過物品識別、決策、動態(tài)力度調(diào)節(jié)自律執(zhí)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(jié)；

    主動安全；

    人機(jī)協(xié)作；

    工位替代；

    柔性控制。

    1.8　多機(jī)器人操作技術(shù)

    歐洲飛機(jī)制造商在數(shù)字化工廠中采用了多個可移動的機(jī)器人可同時進(jìn)行飛機(jī)內(nèi)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；

    移動平臺；

    視覺伺服。

    1.9　智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（如表1所示）
 

表1 智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

    2　新一代智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

    （1）傳感器技術(shù)

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

    （2）伺服技術(shù)

    伺服系統(tǒng)是智能機(jī)器人的基本運(yùn)動單元，主要研究伺服電機(jī)及驅(qū)動器、精密減速器、液壓泵、伺服閥、運(yùn)動控制器技術(shù)。

    （3）機(jī)構(gòu)技術(shù)

    機(jī)構(gòu)技術(shù)主要研究直角坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、串聯(lián)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)和仿生機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等相關(guān)內(nèi)容。多應(yīng)用于多冗余仿生機(jī)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(fù)雜的情況下，將任務(wù)規(guī)劃制定轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)器人機(jī)械運(yùn)動。運(yùn)動控制技術(shù)一定程度上影響了機(jī)器人的運(yùn)動的精度與可靠性，進(jìn)而對機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行效能產(chǎn)生影響。復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境運(yùn)動控制技術(shù)、仿生運(yùn)動控制技術(shù)、機(jī)構(gòu)與運(yùn)動控制整合技術(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(jī)交互技術(shù)

    穩(wěn)定、友好的人機(jī)交互系統(tǒng)成為機(jī)器人不可分離的組成部分。人機(jī)交互系統(tǒng)包含的主要元素為：人的因素、交互設(shè)備及實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的軟件。目前主要分為：以計算機(jī)為核心的人機(jī)界面交互技術(shù)；腦機(jī)遠(yuǎn)程交互與通訊技術(shù)；大量采用虛擬現(xiàn)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(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的智能機(jī)器人以及控制中心的數(shù)據(jù)鏈接與交互關(guān)鍵所在，將各機(jī)器人互聯(lián)成為網(wǎng)絡(luò)，有效地促進(jìn)智能機(jī)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(shù)據(jù)實(shí)時交互技術(shù)、節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性和有線向無線的推廣。

    3　新一代智能機(jī)器人重點(diǎn)研究方向與內(nèi)容

    （1）一體化伺服關(guān)節(jié)

    重點(diǎn)研究方向：

    高集成度、高負(fù)載自重比的一體化力矩型伺服關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計與布局優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；

    基于高速串行總線的伺服關(guān)節(jié)模塊化伺服系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)；基于多傳感器信息融合的高精度高動態(tài)相應(yīng)伺服關(guān)節(jié)智能運(yùn)動控制技術(shù)。

    應(yīng)用背景：智能機(jī)器人的關(guān)節(jié)配套、模塊化機(jī)器人組裝。

    （2）基于視覺的靈巧型工業(yè)機(jī)器人

    重點(diǎn)研究方向：
 
    可重構(gòu)的模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)；

    高精度聯(lián)動差補(bǔ)技術(shù)；

    智能化多軸控制器技術(shù)；

    視覺定位與伺服控制技術(shù)。

    應(yīng)用背景：面向勞動密集型行業(yè)的柔性制造機(jī)器人系統(tǒng)，形成多功能、多類型和系列化的柔性制造機(jī)器人集成應(yīng)用。

    （3）柔性輕量機(jī)械臂

    重點(diǎn)研究方向：

    多冗余機(jī)械臂控制技術(shù)；

    多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)；

    大功率伺服技術(shù)；

    力—位混合控制技術(shù)。

    應(yīng)用背景：主要面向柔性裝配需求高的場合，定制型產(chǎn)品線，無縫替代單工位。

    （4）雙臂協(xié)同機(jī)器人

    重點(diǎn)研究方向：

    多冗余機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計；

    多臂協(xié)調(diào)運(yùn)動的規(guī)劃；

    基于視覺的位姿控制技術(shù)；
   
    柔性協(xié)調(diào)控制技術(shù)；

    多傳感器融合技術(shù)。

    應(yīng)用背景：工業(yè)領(lǐng)域主要面向柔性電子裝配線，拓展應(yīng)用至危險環(huán)境作業(yè)、空間維護(hù)、家庭服務(wù)、醫(yī)療康復(fù)等。

    4　智能機(jī)器人與系統(tǒng)集成的制造模式構(gòu)想

    4.1　面向勞動密集型的柔性生產(chǎn)線（如圖1所示）
 

    圖1 面向勞動密集型的柔性生產(chǎn)線

     4.2　3D打印自組裝生產(chǎn)線（如圖2所示）

 圖2 3D打印自組裝生產(chǎn)線

    4.3　快速柔性定制生產(chǎn)線（如圖3所示）
 

 圖3 快速柔性定制生產(chǎn)線

    5　結(jié)語

    隨著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(jī)器人、自動化成套生產(chǎn)線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(guī)模小、基礎(chǔ)薄弱、缺乏核心競爭力等問題。

    作為未來制造業(yè)的發(fā)展趨勢，大力培育和發(fā)展新一代智能機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對于加快制造業(yè)轉(zhuǎn)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(xiàn)由“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)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”上的大會報告）

    摘自《自動化博覽》5月刊