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　　雙手協(xié)同機(jī)器人助推我國(guó)機(jī)器人新世紀(jì)

　　國(guó)際性金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　當(dāng)前，隨著人們對(duì)工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)質(zhì)量明確要求的不斷提高，他們迫切的希望機(jī)器人能更為的像人，因此能和人“并肩戰(zhàn)斗”。在這一藍(lán)圖的促使下，雙手協(xié)同機(jī)器人孕育而生。相比雙管機(jī)器人而言，雙手協(xié)同機(jī)器人更為的敏捷，因此能與人碰觸，這無疑是機(jī)器人技術(shù)的重大突破。我國(guó)作為機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域大國(guó)，要擁有自主的雙手機(jī)器人品牌，打破國(guó)外機(jī)器人對(duì)市場(chǎng)的壟斷，這將會(huì)是未來十年他們所面臨的巨大的挑戰(zhàn)，但也是要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

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　　人機(jī)協(xié)同機(jī)器人有什么優(yōu)勢(shì)？它能發(fā)揮人的長(zhǎng)處和機(jī)器的長(zhǎng)處。機(jī)器能樂此不疲地展開力學(xué)的操作方式、邏輯思維和思維，人能在繁雜的、未知的自然環(huán)境下做出判斷和決策。協(xié)同體那時(shí)信息的可視化，透過人和機(jī)器的力學(xué)碰觸，也透過人機(jī)介面。這種人機(jī)協(xié)同機(jī)器人的INS13ZD方式是什么？

　　第一是雙手操作方式；

　　第二是人能鼓勵(lì)機(jī)器展開操作方式；

　　第三是考慮到人和機(jī)器的安全，因?yàn)槭窃谕华M窄的自然環(huán)境之下一起工作；

第四是他們期待的碰觸。就是在機(jī)器人和自然環(huán)境間、機(jī)器人的三個(gè)手臂間，還有機(jī)器人和人間。

　　其中，第二種操作方式要比那時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域的一般工業(yè)機(jī)器人要繁雜得多，所以他們應(yīng)該從控制系統(tǒng)的規(guī)定、操作方式、硬體、掌控和軟件展開全面地設(shè)計(jì)。

　　機(jī)器人方法論走向商業(yè)化

機(jī)器人方法論和實(shí)踐的爆發(fā)是從九十年代已經(jīng)開始的，包括逆天體力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的掌控方法、穩(wěn)定性方法論、力掌控和機(jī)器視覺，這些技術(shù)獲得成功地利用到了內(nèi)部空間機(jī)器人下面。他們做了敏捷臂并于2008年發(fā)射到了近地點(diǎn)，那時(shí)它是空中近地點(diǎn)下面運(yùn)行的惟獨(dú)的一個(gè)敏捷臂，也是雙手的機(jī)器人，主要是在國(guó)際性太空站做碰觸操作方式。那個(gè)機(jī)器人非常獲得成功地應(yīng)用領(lǐng)域了力掌控的手段，傳輸速率將近五小時(shí)。它順利完成了國(guó)際性太空站明確要求的全部部件更換任務(wù)，因此在2013年的時(shí)候第一次對(duì)衛(wèi)星填入了1．3升的推進(jìn)劑。填入推進(jìn)劑是當(dāng)今世界各國(guó)都在夢(mèng)想順利完成一件事情，基利大政府還在2013年發(fā)布的紙幣上把敏捷機(jī)器人作為背景圖案，這足以說明對(duì)敏捷機(jī)器人的重視程度。

　　從2010年已經(jīng)開始，他們團(tuán)隊(duì)把內(nèi)部空間機(jī)器人的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域到了醫(yī)療下面。第二件事，就是他們采用的是八個(gè)下肢的機(jī)器人在溫哥華兒童醫(yī)院做小腦損傷術(shù)后，這也是當(dāng)今世界上第二次把獲得成功實(shí)現(xiàn)探頭在人的腹中移動(dòng)，鼓勵(lì)醫(yī)生找到腦損傷面的術(shù)后。第三件事，就是采用NeuroArm II雙手機(jī)器人在磁共振的前提下，牙醫(yī)對(duì)病人的腦組織展開術(shù)后。這三個(gè)項(xiàng)目之中利用了全自適應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)恼瓶剞k法，使機(jī)器人的精度得到大大提高。

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　　九十年代以后，新的發(fā)展主要是集中在硬體和通訊各方面，這使得機(jī)器人有了更好的技術(shù)前提，協(xié)同機(jī)器人已經(jīng)開始商業(yè)化，這將利皮揚(yáng)卡類的生活、工業(yè)發(fā)生很大的影響。他們能預(yù)測(cè)，這會(huì)像往后的Cell Phone和Inter一樣利皮揚(yáng)卡類產(chǎn)生重大的影響。

　　以人主導(dǎo)與鼓勵(lì)

北京大學(xué)智能機(jī)械控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在往后一年多的時(shí)間里研發(fā)出一款機(jī)器人產(chǎn)品 “WEE”?！癢EE”是一個(gè)雙手機(jī)器人，它是由三個(gè)雙管共同組成，每一雙管能獨(dú)立操作方式，所以每一雙管由七個(gè)下肢共同組成，那個(gè)雙手機(jī)器人能有灰鰭的阻抗。人和機(jī)器人能共存在同一自然環(huán)境之中，用戶能透過介面選擇他所須要的操作方式模式。那個(gè)機(jī)器人是模組化的，這表那時(shí)機(jī)器上是模組化的，在電氣上是模組化的，所以在掌控上也是模組化的，所以它能拓展到十個(gè)下肢，而不須要在控制系統(tǒng)各方面做重新的設(shè)計(jì)。

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人機(jī)協(xié)同機(jī)器人有什么樣的技術(shù)明確要求？什么樣的性能是設(shè)計(jì)者所希望的呢？那個(gè)操作方式分為綠、黃、黃色三個(gè)地區(qū)。綠色的地區(qū)就是指一般的機(jī)器人，這種機(jī)器人能自由地移動(dòng)。黃色的地區(qū)指已經(jīng)接近人了，那個(gè)時(shí)候就要小心它會(huì)人傷害到人的問題。黃色的地區(qū)就是碰觸的地區(qū)，那個(gè)地區(qū)機(jī)器和人展開碰觸，和它所要順利完成的任務(wù)展開操作方式。

他們做這件事情就是靠下肢掌控和任務(wù)掌控這樣的阻尼掌控，這樣的阻尼是按照不同地區(qū)的明確要求來展開調(diào)整的，所以他們要有無縫的銜接，就是在機(jī)器人的末端從不同的地區(qū)展開移動(dòng)。他們還希望機(jī)器人的末端阻尼和剛度都是完全節(jié)偶的，換句話說，如果在它的末端推它，往哪個(gè)方向用力，機(jī)器人的末端就朝著哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。他們希望機(jī)器人和人碰觸的力是很小的。如果機(jī)械臂以每秒兩厘米的速度推進(jìn)，那個(gè)速度對(duì)于碰觸操作方式是足夠的。他們檢測(cè)到的力不會(huì)大于五牛頓，這是比一般的人機(jī)協(xié)同機(jī)器人達(dá)到的指標(biāo)都要高得多，甚至要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。機(jī)器人要防止在人和機(jī)械臂間可能的碰觸和碰撞。雙手操作方式就像人一樣，雙手不是獨(dú)立操作方式的，如果右臂展開操作方式，左臂就能按照右臂的操作方式狀況輔助來做。他們希望無論是雙手還是雙管都要由人作為鼓勵(lì)和主導(dǎo)。

我還希望雙手機(jī)器人要具備什么性能？它的力度要小，剛度要節(jié)偶。那么它能不能達(dá)到最極致的位置？也就是說，性能達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)。他們的雙手機(jī)器人做到了這一點(diǎn)，將力度達(dá)到最小，也實(shí)現(xiàn)了完全的節(jié)偶。方法論應(yīng)該有一種協(xié)同機(jī)器人敏捷性的指標(biāo)，所以那個(gè)指標(biāo)和往后人們沿用的普通機(jī)械臂敏捷性的指標(biāo)是有所區(qū)別的。

　　他們的掌控是結(jié)合時(shí)間軌跡和狀態(tài)軌跡，一個(gè)臂跟著另一個(gè)臂動(dòng)作的掌控方法。他們要把閉環(huán)控制系統(tǒng)的帶寬極致化、最大化，要用用戶來鼓勵(lì)雙管和雙手的操作方式，三個(gè)臂間協(xié)同操作方式、機(jī)械和人間的協(xié)同操作方式。那個(gè)集中點(diǎn)已經(jīng)從一個(gè)機(jī)械臂的一個(gè)末端改為三個(gè)機(jī)械臂的末端，讓機(jī)械臂和人的手展開碰觸，除此之外，還有不可預(yù)測(cè)的人和機(jī)器人的碰觸。

　　WEE Control就是力作用在那個(gè)機(jī)器人的末端，引入了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，它一定要滿足三個(gè)前提：第一，臂要非常柔軟；第二。臂的阻尼是完全節(jié)偶的。這兩點(diǎn)，他們都做到了。

　　人機(jī)協(xié)同機(jī)器人的全方位應(yīng)用領(lǐng)域

那么，那個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)有什么應(yīng)用領(lǐng)域呢？他們到深圳和其它地方做了很接近的調(diào)查，當(dāng)時(shí)我看到這些應(yīng)用領(lǐng)域的時(shí)候非常感慨，因?yàn)樗麄儥C(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域真的只是在一個(gè)大的領(lǐng)域里面用了一小角，這么多的應(yīng)用領(lǐng)域都能用機(jī)器人，特別是人機(jī)協(xié)同的機(jī)器人做到。

他們了解了一家叫Wave公司，他們?cè)谧鰹V波器，就是要調(diào)節(jié)螺栓的高度，使得它輸出的電頻滿足一定的須要。那么，那時(shí)普遍是怎么做的呢？是工人兩只手在調(diào)。那個(gè)勞動(dòng)強(qiáng)度是非常高的，所以工人的工資一定要付得很高人家才會(huì)來。那么，他們就用雙手機(jī)器人代替這樣一條測(cè)試線，把智能化引入進(jìn)來，不須要再看熒光屏了，完全能靠控制系統(tǒng)來判斷那個(gè)機(jī)器人應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)螺栓的高度。這里有一個(gè)關(guān)鍵，把第一個(gè)螺栓的高度調(diào)好了，再移到后面幾個(gè)螺栓的時(shí)候，第一個(gè)螺栓的變頻又錯(cuò)了，對(duì)于機(jī)器人來說再來一次就能了，我期望透過這樣的智能機(jī)器人的引入能給深圳3C的生產(chǎn)線帶來更多的改進(jìn)。

　　下一個(gè)十年

那時(shí)也有很多實(shí)際上沒有被人們認(rèn)識(shí)的機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，只有這樣雙手的機(jī)器人才能處理這樣的柔性阻抗，換句話說，一根繩子一塊布，一個(gè)機(jī)器人一條臂能做嗎？而兩條臂就很容易。另外就是模組化的結(jié)構(gòu)，他們能做十個(gè)下肢的蛇形機(jī)器人，由于機(jī)器人是有很大的冗余度的，就算給了機(jī)器人的本體一個(gè)外力作用，前面的六個(gè)自由度都是能保持完全不變的。他們的掌控技術(shù)能用來改進(jìn)那時(shí)傳統(tǒng)機(jī)器人的瓶頸，比方說焊接機(jī)器人的抖動(dòng)，如果用模型補(bǔ)償了加速度，這些問題都是能解決的。他們的下一個(gè)夢(mèng)想就是很快地把WEE更為輕型化，來做和人直接的碰觸。

　　那時(shí)服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域多數(shù)還是語言和娛樂，如果他們做直接的碰觸，那么就會(huì)在力度掌控各方面積攢下技術(shù)能力。WEE將會(huì)是一個(gè)很好的平臺(tái)，特別是當(dāng)它作為一個(gè)醫(yī)療機(jī)器人時(shí)，它的精度和敏捷性能透過更多的臂來展現(xiàn)出來，所以他們要推出我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的品牌，來抵抗我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)完全被國(guó)外品牌所占領(lǐng)，這將是未來十年的時(shí)間內(nèi)非常重要的事情。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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