智能(néng)制(zhì)造的(de)核心技↕↕‍ε(jì)術(shù)之工(gōng)業(yè)≥£✔♥機(jī)器(qì)人(rén)

「 1. 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)概念 」

工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)是(shì)面向工(gōng)業(yè∑≠↓↔)領域的(de)多(duō)關節機(jī)械手或多(duō)自(zì)由₽÷★度的(de)機(jī)器(qì)裝置，具有(yǒu)柔性好(hǎo)、自(zì)動化(←™huà)程度高(gāo)、可(kě)編程性好(hǎo)、通(tōng)用(yòng)性強等☆★♣特點。在工(gōng)業(yè)領域中，工(gōng)業(yè)機(÷₩jī)器(qì)人(rén)的(de)應用(yòng)能(néng)夠∏©代替人(rén)進行(xíng)單調重複的(de)生(shēng)産作(zuò)業(y∑✘è)，或是(shì)在危險惡劣環境中的(de)加工(gōng)操作(zuò)。國(guó)際上(shàng)，工(gōng)≥ ≠​業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(Ω‌de)定義主要(yào)有(yǒu)如(rú)下(x εià)兩種：

國(guó)際标準化(huà)組織（ISO）的(↕<de)定義：工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)是(shì)一(≈↔yī)種具有(yǒu)自(zì)動控制(zhì§↓)的(de)操作(zuò)和(hé)移動功能(néng)，能(néng)完成各種作(zuò)業(↓ yè)的(de)可(kě)編程操作(zuò)機(jī)。

美(měi)國(guó)機(jī)器(qì)人(rén)協會(huì)（RIA）的(de)定義≠§$：一(yī)種可(kě)以反複編程和(hé)多(duō↑φ®)功能(néng)的(de)，用(yòng)來(lái)搬運材料、零件(​£‍ jiàn)、工(gōng)具的(de)操作(zuò)機(jī)；或者為(wèi)了(le)↔≥∞§執行(xíng)不(bù)同的(de)任務而具有(yǒu)可(kě)改變的(de)和($₽¶hé)可(kě)編程的(de)動作(zuò)的(de)專門(¶& mén)系統。

在智能(néng)制(zhì)造領域，工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rénδ‌)作(zuò)為(wèi)一(yī)種集多(duō)種先進技(jì)術(sφ​₹★hù)于一(yī)體(tǐ)的(de)自(zì)動化(huà)裝備，體(tǐ)現(xiàn)了(↕ΩαΩle)現(xiàn)代工(gōng)業(yè)技(jì)術(sh€♥ù)的(de)高(gāo)效益、軟硬件(jiàn)結合等特點，成為(wèi)柔性εαΩσ制(zhì)造系統、自(zì)動化(huà)工(gōng)廠(chǎng)、智能(néng)'>工(gōng)廠(chǎng)等現(xiàn)代化(huà)制(zhì)造系統的€☆(de)重要(yào)組成部分(fēn)。機(jī)器(qì)≥♠人(rén)技(jì)術(shù)的(de)應用(yòσ‍ng)轉變了(le)傳統的(de)機(jī)械制(σ↓zhì)造模式，提高(gāo)了(le)制(zhì)造生(shēng)産效率，×≈•為(wèi)機(jī)械制(zhì)造業( £'¥yè)的(de)智能(néng)化(huàε♠δ)發展提供了(le)技(jì)術(shù)保障；優 Ω↑化(huà)了(le)制(zhì)造工(gōng)藝流程，能(néng)夠構建全自(÷$≠zì)動智能(néng)生(shēng)産線，為(wèi)制(zhì)造模塊化(huà)作§₽(zuò)業(yè)生(shēng)産提供了(le)良好(hǎo)的(de)✔  環境條件(jiàn)，滿足現(xiàn)代制(zhì)造業∏Ω↑(yè)的(de)生(shēng)産需要(yào)和(hé)發展∑$需求。

「 2. 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(d '©e)結構與功能(néng) 」

工(gōng)業(yè)機(jī)器(q®♦ ↕ì)人(rén)一(yī)般由3個(gè)部分(f©♠×ēn)、6個(gè)子(zǐ)系統組成，如(rú)圖1所示。

圖1 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(↑™←rén)結構

1）機(jī)械部分(fēn)

機(jī)械部分(fēn)包括工(gōng)業(yè)機(jī)器 §∑(qì)人(rén)的(de)機(jī)械結構系統和(hé)驅動系統。機(jī)械部分(₹&'$fēn)是(shì)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)✘•€基礎，其結構決定了(le)機(jī)器(qì)人(₩•÷rén)的(de)用(yòng)途、性能(néng)和(hé)控制(zhì)特性。

（1）機(jī)械結構系統，即工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)本體(t©$​☆ǐ)結構，包括基座和(hé)執行(xíng)機(jī)構，有(yǒu)些≈¥₹≥(xiē)機(jī)器(qì)人(rén)還(hái)具有(yǒu)♣±£α行(xíng)走機(jī)構，是(shì)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)主&→↔要(yào)承載體(tǐ)。機(jī)械結構系統的(d" e)強度、剛度及穩定性是(shì)機(jī)器(qì)人(rén $§)靈活運轉和(hé)精确定位的(de)重要(yào)保證。

（2）驅動系統，包括工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)動力裝置和(h≠≤é)傳動機(jī)構，按動力源分(fēn)為(wèi)液壓、氣動、電(diàn)動×™σ和(hé)混合動力驅動，其作(zuò)用(yòng)是(shì)提¥α供機(jī)器(qì)人(rén)各部位、各關節動作(zuò)的(de)原動力 <，使執行(xíng)機(jī)構産生(shēng)相(xiàng)應÷&& 的(de)動作(zuò)。驅動系統可(kě)以與機(jī)械系統直接相(xiàng)連， ↔也(yě)可(kě)通(tōng)過同步帶、鏈條‌> 、齒輪、諧波傳動裝置等與機(jī)械系統間©↔♠Ω(jiān)接相(xiàng)連。

2）傳感部分(fēn)

傳感部分(fēn)包括工(gōng)業(π ©☆yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)感受系統和( ​•hé)機(jī)器(qì)人(rén)-環境交互系統。傳感部分(fēn)是(shì)工(>≤∑gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(≠≥λrén)的(de)信息來(lái)源，能(néng)夠獲取≤₩☆有(yǒu)效的(de)外(wài)部和(hé)內(nèi∞∑‍¶)部信息來(lái)指導機(jī)器(qì)人(rén)的(de)操作±® (zuò)。

（1）感受系統，是(shì)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)獲取外(wài)界信息的(de)主♠ 要(yào)窗(chuāng)口，機(jī)器ε♦(qì)人(rén)根據布置的(de)各種傳感元件(jiàn)獲取∑‍₹周圍環境狀态信息，對(duì)結果進行(xíng)分(fēn)析處β ‍理(lǐ)後控制(zhì)系統對(duì)執行(xíng)元件(jiàn)下(xià)達→↑相(xiàng)應的(de)動作(zuò)♥&$命令。感受系統通(tōng)常由內(nèi)部傳₩£™感器(qì)模塊和(hé)外(wài)部傳感器(qì)模塊組成：內(nèi)部傳感器(qì)模↕α£塊用(yòng)于檢測機(jī)器(qì)人(rén)自(zì) §€身(shēn)狀态；外(wài)部傳感器(qì)模塊用(♦♦yòng)于檢測操作(zuò)對(duì)象和(hé)作(zuò)業(yè)環境。

（2）機(jī)器(qì)人(rén)-環境α✔☆¶交互系統，是(shì)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)>$與外(wài)部環境中的(de)設備進行(xíng)相✘↑(xiàng)互聯系和(hé)協調的(de)系統。在實際生(s•×hēng)産環境中，工(gōng)業(yè)機(jī)器(qδφ¥πì)人(rén)通(tōng)常與外(wài)部設備集成為(wèi)一(yī)個(gè)功能<‍¥(néng)單元。該系統幫助工(gōng♦  )業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)與外(wài)部≤±♣₹設備建立良好(hǎo)的(de)交互渠道(dào)，能(néng)夠共同服務于生(shēng)↔" 産需求。

3）控制(zhì)部分(fēn)

控制(zhì)部分(fēn)包括工(gōng)業(yè)機(jī)器( φ∞↑qì)人(rén)的(de)人(rén)-機(jī)交互系統和(hé)控制(zhì)系統♣£。控制(zhì)部分(fēn)是(shì)工≥≤(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén<↔ ✘)的(de)核心，決定了(le)生(shēng)産過程的(de)加工(gōng≠≥)質量和(hé)效率，便于操作(zuò)人(rén)員(yuán)及時(shí)準确♥©‌地(dì)獲取作(zuò)業(yè)信息，按照(z→∑hào)加工(gōng)需求對(duì)驅動系統和(hé)¥™ 執行(xíng)機(jī)構發出指令信号并進₽♠₹行(xíng)控制(zhì)。

（1）人(rén)-機(jī)交互系統，是(shì)人(rén)與工(gōng)業(yè)機(jī)器Ωα←(qì)人(rén)進行(xíng)信息交換的(de)設備，主要(yào)包括♠₽↔指令給定裝置和(hé)信息顯示裝置。人(rén)-機α'"(jī)交互技(jì)術(shù)應用(yòng)于工(gōng)業(yè)機&λ'÷(jī)器(qì)人(rén)的(de)示教、監控、仿真、離(lí)&Ω線編程和(hé)在線控制(zhì)等方面，優化(huà)了(le)操作(zuò)人(∑✘÷αrén)員(yuán)的(de)操作(zuò)體(tǐ)驗，提高(gāo)了(le)人(rén'₹"™)機(jī)交互效率。

（2）控制(zhì)系統，是(shì)根據機(jī)器(qì)人(rén)的(de)作(zuò)↔§↑$業(yè)指令程序以及從(cóng)傳感器(qì)反饋回來(lái)的(de)信号，支配工(®<αgōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)執行(xíng)機(←÷♦✔jī)構完成規定動作(zuò)的(de)系統。控制φΩσσ(zhì)系統可(kě)以根據是(shì)♥‌≈→否具備信息反饋特征分(fēn)為(wèi)閉環控制(zhì)系統和(hé)開(k≤$$​āi)環控制(zhì)系統；根據控制(zhì)原理¥←α♣(lǐ)可(kě)分(fēn)為(wèi)程序控制(zhì∞ δλ)系統、适應性控制(zhì)系統和(hé)人(rén)工(©≈✔gōng)智能(néng)控制(zhì)系統；根據控制(Ωα'zhì)運動的(de)形式可(kě)分(fēn)為(wèi)點位控制(zhì↓&)系統和(hé)連續軌迹控制(zhì)系統。

「 3. 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的•₹(de)關鍵技(jì)術(shù) 」

在智能(néng)制(zhì)造領域中，工(gōng∏¶✔)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)有(yǒu)3類關鍵技(j‍Ωì)術(shù)，如(rú)圖2所示。

圖2 機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術(shù)

1）整機(jī)技(jì)術(shù)

整機(jī)技(jì)術(shù)是(shì)指以提高(gāo)工(g® ōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)産品的(de)可(kě)靠性和(hé∑®¶)控制(zhì)性能(néng)，提升工(gōn↕∑≤‌g)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)負載/自(z죕)重比，實現(xiàn)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)系列化(✘♣huà)設計(jì)和(hé)批量化(huà)制(zhì↔€)造為(wèi)目标的(de)機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術δ♦÷<(shù)。主要(yào)有(yǒu)：本體(tǐ)優化(hu ☆à)設計(jì)技(jì)術(shù)、機(jī)器(qì)人(rén)系列化(huà)标準化(¶ε•huà)設計(jì)技(jì)術(shù)↑÷$、機(jī)器(qì)人(rén)批量化εΩφ&(huà)生(shēng)産制(zhì)造技(jì)術(shù)、快(kuài)速标定和(hé)誤↓ σ™差修正技(jì)術(shù)、機(jī)器(♥$qì)人(rén)系統軟件(jiàn)平台等。本體(tǐ)優化(≠↓huà)設計(jì)技(jì)術(shù)是(sh'∏ì)其中的(de)代表性技(jì)術(sh< &φù)。

本體(tǐ)優化(huà)設計(jì)技(jì)術(shù)即對(duì)工(¥‌λgōng)業(yè)機(jī)器(qì)§×>∑人(rén)的(de)本體(tǐ)進行(xíng)優化(huà)設計(jì)®σ和(hé)性能(néng)評估的(de)技(jì)術(shù)。在現(π✔xiàn)代工(gōng)業(yè)生(shēng)産的(de)一(yī)些¶π(xiē)高(gāo)速、重載的(de)應用(yγ•π©òng)場(chǎng)合下(xià)，需要(yào)保證工(gōng)業(yè)機(jī)器(qππ↓§ì)人(rén)加工(gōng)過程中的(de)運動精度和(hé)φ•‌≈運動平穩性，因此在工(gōng)業(yè←←)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)本體(tǐ)結構設計(jì)開(≠ kāi)發時(shí)，必須對(duì)其慣性參數(±§ €shù)和(hé)結構參數(shù)進行(xíng)不(bù)斷優化( ≤>φhuà)，使機(jī)構的(de)質量、剛度得÷‌(de)到(dào)合理(lǐ)的(de)分(fēn)布，工(gōng)業(yè)機¥♣£ε(jī)器(qì)人(rén)整機(jī)具有(y∏™ ǒu)良好(hǎo)的(de)動态性能(néng∞•)。基本流程是(shì)：首先根據生(shēng)産需求設計(jì)工(gōng∞✔♦€)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)機(jī)械結構，利用(yòng)三€↓→維軟件(jiàn)建立本體(tǐ)結構模型，并進行(xíng)虛拟裝配，™×如(rú)圖3所示；然後利用(yòng)計(jì)算(suàn)∑$φπ機(jī)仿真技(jì)術(shù)對(duì)機(jī)器(qì)人(rén)進✔×π行(xíng)運動學和(hé)動力學仿真分(fēn)析，分(fēn)析機(jī)器(qì©®£)人(rén)的(de)各項性能(néng)；最後利用(yòng)有(yǒu)¥₹™限元技(jì)術(shù)等方法對(duì)結構進行(xíng)優化(h÷♥uà)，以實現(xiàn)機(jī)器(qì&$)人(rén)的(de)輕量化(huà)，提高(gāo)機(jī)器(qì)人(ré✔≠n)的(de)動态性能(néng)。

圖3 本體(tǐ)優化(huà)設計(jì)

在本體(tǐ)結構輕量化(huà)設計(jì)方面，主要(yào)體(tǐβ₹♠ )現(xiàn)在新材料、新工(gōng)藝和(hé)結構優化(huà)理(lǐ ≈®)論的(de)應用(yòng)上(shàng)；在本體(tǐ)結構模塊‍♥化(huà)設計(jì)方面，主要(yào)體(tǐ)現(xiàn)在各種機(jī)構的(deδ$Ωδ)選用(yòng)和(hé)組合上(shàngδ∑β)。

2）部件(jiàn)技(jì)術(shù)

部件(jiàn)技(jì)術(shù)是(shì)指€±£φ以研發高(gāo)性能(néng)機(jī)器(qì)人(rén)零部件(jiàn)，☆♥±♠滿足工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)關鍵部件(jiàn)需求為(w​÷♥βèi)目标的(de)機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術(shù)。主要(yàoε$)有(yǒu)：高(gāo)性能(néng)伺服電(diàn)機(jī)設計(jì)制(zhìπΩ≈≠)造技(jì)術(shù)、高(gāo)性能(néng)/高(gāo)精π ♥∞度機(jī)器(qì)人(rén)專用(yòng)•↕減速器(qì)設計(jì)制(zhì)造技(jì≈ ♥)術(shù)、開(kāi)放(fàng)式/跨平台機(jī)器(qì)人(rén)專用(yòng₹♦)控制(zhì)（軟件(jiàn)）技(jì)術(shù)、變負載高(gāo)性能(néng)伺服✔εΩ★控制(zhì)技(jì)術(shù)等。高(gāo★<←)性能(néng)伺服電(diàn)機(jī)設計(jì)制(zhì)造技(¥$•jì)術(shù)和(hé)高(gāo)性能(néng)/高(gāo)精度機(jī)器(qì)人 ♥(rén)專用(yòng)減速器(qì)設計(jì)制(z&‍‍hì)造技(jì)術(shù)是(shì)其中的(de)代表性技(jì)術≤≤¥(shù)。

伺服電(diàn)機(jī)是(shì)指在伺服系統中控制(zΩ≤↑hì)機(jī)械元件(jiàn)運轉的(de)發動機(jī)，能(néng)将♠$電(diàn)壓信号轉化(huà)為(wèi)轉矩和(hé)轉速信号以驅動控制(zhì​ )對(duì)象，是(shì)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)核↑<心零部件(jiàn)之一(yī)，如(rú)圖4所<σ示。伺服電(diàn)機(jī)作(zuò)為(↕₹σwèi)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)‌≠↔關鍵執行(xíng)部件(jiàn)，是(shì)驅動工(gōng)業(yè)機(jī)器™ •(qì)人(rén)運動的(de)主要(yào)動力系統，伺服電(diàn)機↔≈ε (jī)的(de)性能(néng)很(hěn)大(dà)程度上(shàng)決定了(le)工§€(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)整體(tǐ)的(de)動力性能( ☆₩€néng)。工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén'​)領域中應用(yòng)的(de)伺服電§σ(diàn)機(jī)應具有(yǒu)快(k↓φ™€uài)速響應、高(gāo)啓動轉矩、低(dī)慣量、寬廣且平滑的(de)調速範£★圍等特性，目前應用(yòng)較多(duō)的(de)是(shì)交流伺服電(diàn)機(jī)≥∑。設計(jì)高(gāo)性能(néng)高(gāo)​ ≥功率密度伺服電(diàn)機(jī)需要(✘‌yào)根據設計(jì)指标綜合考慮電(diàn)機(jī)¥₹結構參數(shù)、部件(jiàn)材料、磁路(lù)♠§結構等要(yào)素，并通(tōng)過有(yǒu)限元等方法綜合Ω₩'∏分(fēn)析電(diàn)機(jī)性能π↓(néng)。

圖4 伺服電(diàn)機(jī)

減速器(qì)通(tōng)常用(yòng)作(zuò)原動件(jiàn)與工(gōng)作(λ✘zuò)機(jī)之間(jiān)的(de&π↑)減速傳動裝置，起到(dào)匹配轉速和(hé ₹‌ε)傳遞轉矩的(de)作(zuò)用(yòng)，一(yī)般由封閉在剛性殼體(tǐ)內±"±δ(nèi)的(de)齒輪傳動、蝸杆傳動、齒輪-蝸杆傳動組成，是(shì↕¶•)機(jī)器(qì)人(rén)傳動機•β(jī)構的(de)核心部件(jiàn)之一(yī)，如(rú∞&±)圖5所示。機(jī)器(qì)人(rén)領域常用(yòng)的(de)精密傳動裝置主要(≈•∑yào)有(yǒu)輕載條件(jiàn)下(xià)的(de)諧波減速器(qì)和(hé)重載條σ∑'件(jiàn)下(xià)的(de)RV減速器(q‍​‍Ωì)。諧波減速器(qì)具有(yǒu)輕量小(xiǎ★≥₩o)型、無齒輪間(jiān)隙、高(gāo)轉矩容量等優點，但(dàn)其精度β✘壽命較差，主要(yào)是(shì)由于在高(gāo)度循環的(d↑★α₩e)交變應力情況下(xià)柔輪極易出現(xiàn)疲勞失效，通(tōng)常✔✔ 應用(yòng)在關節型機(jī)器(qì)人(rén)的(de)≈≈末端執行(xíng)等輕載部位；RV減速器(qì)主要(yào)♥←♥≠包含了(le)行(xíng)星齒輪與擺線針輪兩級減速兩個(gè)部分(fēn)，具有✘✔ ε(yǒu)減速範圍寬、功率密度大(dà)、運行(xíng)平穩等優點，已成為(< ×wèi)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)最常用(yòng)的(®¶de)精密減速器(qì)。設計(jì)高(gāo)性能(néng)/高(gāo)精✔↕≥$度機(jī)器(qì)人(rén)專用(yòng)減速器(qì)"₽♣需綜合考慮傳動精度、齒廓修形、扭轉剛度以及回差™α↕等技(jì)術(shù)指标。

圖5 減速器(qì)

當前，我國(guó)高(gāo)性能(néng)伺服電(diàn)機(jī)、減速γ>≈→器(qì)等關鍵零部件(jiàn)的(dφ↑ε↕e)設計(jì)制(zhì)造技(jì)術(shù)與外(wài)國(guó)相(xiàng)比€↕λ，在可(kě)靠性、精度、動态反應能(nénו€∑g)力等方面存在一(yī)定差距，是(shì)制(zhì)約我國(guó)工(gōng) ↔ 業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)發展的(de)瓶頸∞♠之一(yī)。

3）集成應用(yòng)技(jì)術(shù)

集成應用(yòng)技(jì)術(shù)是(shì)指以提升♥✔工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)任務≈₩重構、偏差自(zì)适應調整能(néng)力，提高(gāo)機(jī)器(‍β♦βqì)人(rén)人(rén)機(jī)交互★∏←性能(néng)為(wèi)目标的(de)機(jī)器(₩​qì)人(rén)技(jì)術(shù)。主要(yào)有(yǒu)：基于智能(néng)傳感​♠π器(qì)的(de)智能(néng)控制(zhì)技(jì)術(shù)、'φ↓遠(yuǎn)程故障診斷及維護技(jì)術&β★γ(shù)、基于末端力檢測的(de)力控制(zhì)及應用(yòng)技(jì)術(shùλδπ≥)、快(kuài)速編程和(hé)智能(néng)示教技(jì)術(shù)、生(s♣§hēng)産線快(kuài)速标定技(jì)術(shù)、視(shì)覺識别和(hé)定位技(♥¥βjì)術(shù)等。視(shì)覺識别定位技(jì)術(shù)是(shì)其'"‍©中的(de)代表性技(jì)術(shù)。

視(shì)覺識别和(hé)定位技(jì)術(shù)是(shì)一(yī)項涉"↕±"及人(rén)工(gōng)智能(néng)、圖像處理(lǐ)、傳感器(qì)技(jì)術(sh'β♦Ωù)和(hé)計(jì)算(suàn)機(jī)技(jì)術(shù)等多(duō)₽↑÷領域的(de)綜合技(jì)術(shù)，與工(gōng)業(&♥↔↔yè)機(jī)器(qì)人(rén)結合非常≈☆緊密，廣泛地(dì)應用(yòng)在工(gōng)業(yè☆↔↑↑)生(shēng)産中的(de)缺陷檢測、目标識别與定位和(hé)智能(néng)♥α導航等方面。典型的(de)視(shì)覺應用(↔$yòng)系統包括圖像捕捉、光(guāng)源系統、圖 ₽像數(shù)字化(huà)模塊、數(shù)₹​£字圖像處理(lǐ)模塊、智能(néng)判斷決策模塊和(hé)機(jī)械控±©§&制(zhì)執行(xíng)模塊，如(rú)圖6∑♠™∑所示。

圖6 視(shì)覺應用(yòng)系統

視(shì)覺識别和(hé)定位技(jì)術(shù)在工(g>©ōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)領域的(de)應€‌•α用(yòng)主要(yào)以下(xià)3個(gè)方面：

（1）視(shì)覺測量：針對(duì)精度要(yào)求較高(gāo)（毫米級甚至為(wè♦☆∞©i)微(wēi)米級）的(de)零部件(jiàn)，使用(yòng)人(rén♦ )的(de)肉眼無法完成其精度測量，通(tōng)過引入視(shì)覺非 σδ接觸測量技(jì)術(shù)構成機(jī)器(qì)人(rén)柔性在≥γ線測量系統，能(néng)夠有(yǒu)效獲取零部件(jiàn)表面質§>✘≥量和(hé)基本尺寸信息。

（2）視(shì)覺引導：基于機(jī)器(qì)視(shì)覺技(jì)術(shù)能(₹​néng)夠快(kuài)速準确地(dì)找到(dào)目标零₩↕ 件(jiàn)并确認其位置，采用(yòng)模式識别的(de)方式，在三維∑≠圖像中獲取目标點或目标軌迹引導工(gōng)"•↔≈業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)抓取、加工(gōng)等操作(zuò)，提高(g•λ™āo)生(shēng)産智能(néng)化(huà)程度，實現(xiàn)自( β$↓zì)動化(huà)作(zuò)業(yè)。‍‍ 

（3）視(shì)覺檢測：通(tōng)過機(jī)器(qì)視(shì)覺檢測完成産品的(de)制(¶§Ω™zhì)造工(gōng)藝檢測、自(zì)動化(huà)跟蹤、追溯與控§♣​±制(zhì)等生(shēng)産環節，識别零Ω 件(jiàn)的(de)存在或缺失以保證部  ≈件(jiàn)裝配的(de)完整性，判别産品表面缺陷以±•↕保證 生(shēng)産質量。

「 4. 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)在智能(néng)↕‍♠制(zhì)造中的(de)應用(yòng) 」

在智能(néng)制(zhì)造領域，多(duō←‌×™)關節工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)、并聯機(jī)器(qì)人('★rén)、移動機(jī)器(qì)人(rén)的(de)本體(tǐ)開(kāi)發及批φδδ量生(shēng)産，使得(de)機(jī)器(qì)人(&→ rén)技(jì)術(shù)在焊接、搬運、噴塗、加工(gō•¶↑ng)、裝配、檢測、清潔生(shēng)産等領域得(de)到(dà₽Ω©o)規模化(huà)集成應用(yòng)，極大(dà)地(dì∏™←®)提高(gāo)了(le)生(shēng)産效率和(hé)産品質量，降低(dī)了(le)生 ♠(shēng)産和(hé)勞動力成本。

1）焊接機(jī)器(qì)人(rén)

在汽車(chē)、工(gōng)程機(jī)械、船(chuán)舶、農(☆$∏☆nóng)機(jī)等行(xíng)業(yè)，焊接機(jī)器(qì)人(rén)的(σ☆®de)應用(yòng)十分(fēn)普遍。作(z∑→±↔uò)為(wèi)精細度需求較高(gāo÷₹♦≤)、工(gōng)作(zuò)環境質量較差的(de)生(shēng)産步驟，焊接的(dβ¶↑₽e)勞動強度極大(dà)，對(duì)焊接工(gōng↔∞‍&)作(zuò)人(rén)員(yuán)的(de)專業(yè)素養$Ω要(yào)求較高(gāo)。由于機(jī)器(qì)人(rén)具≠​÷備抗疲勞、高(gāo)精準、抗幹擾等特點，應用(yòng)焊接機(jī)器(qì)人(rén₽>≈)技(jì)術(shù)取代人(rén)工(gōng)焊接，可(k   ě)保證焊接質量一(yī)緻性，提高(gāo)焊接作(zuò)業(yè)效率，同•§≤時(shí)也(yě)能(néng)直觀地(dì)反饋焊接作(zuò)業(yè)的(de)¶♣∏™質量。

目前，投放(fàng)于焊接崗位的(de)機(jī)器(qì)人(rén)的∞¶ (de)種類較多(duō)，根據使用(yòng)場(chǎn φg)合的(de)差異，選用(yòng)的(de)焊接機(jī)器(qì)人(rén)種類各有(>☆£‌yǒu)不(bù)同，其中多(duō)關節機(♥↔jī)器(qì)人(rén)的(de)應用(yòng)較為(wèi)普遍，$←×如(rú)圖7所示。結合多(duō)關節機(jī)器(qλ♦ì)人(rén)的(de)運動靈活、空(kōng)間(jiān)自(zì)由度較高≤↕¥(gāo)的(de)特點，能(néng)夠調整任意的(de)焊接♦≠€ 位置和(hé)姿态，有(yǒu)效地(dì)提升了(♦₹le)制(zhì)造中的(de)生(shēng)産效率與生(shēng)産質量。

圖7 焊接機(jī)器(qì)人(rén)

2）搬運機(jī)器(qì)人(rén)

機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術(s↑&♦hù)同樣能(néng)夠應用(yòng)到(dào)制(zhì)造業(yè)的(de)搬運作♦‍π(zuò)業(yè)中。借助人(rén)工(g©∞§≤ōng)程序的(de)構架與編排，将搬運機(jī)器(qì)人<α≠(rén)投放(fàng)入當今制(zhì)造業(yè)生(shēng)↑σ産之中，從(cóng)而實現(xiàn)運輸、存儲、包裝等一(yī)系列工(gōn≤×♠g)作(zuò)的(de)自(zì)動化(huà)進行(xíng)，不(bù)僅有(yǒ§✘↑u)效地(dì)解放(fàng)了(le)勞動力，而且提高(gāo×≤)了(le)搬運工(gōng)作(zuò)的(de)實際效率。通(tōng)過安裝不(±∞ £bù)同功能(néng)的(de)執行(xíng)器(qì)，搬運↓★機(jī)器(qì)人(rén)能(néng)夠适應各類自(zì)動₹σ生(shēng)産線的(de)搬運任務，實現(xiàn)多(du→ ♦ ō)形狀或不(bù)規則的(de)物(wù)料搬運作(z>∞¥uò)業(yè)。同時(shí)考慮到(dào)化(huà)工(gōng)原料及成品的(de)危險γ ☆性，利用(yòng)搬運機(jī)器(qì)人(rén)進行(xíng)運輸能(n☆✔ éng)降低(dī)安全隐患，減小(xiǎo)危險品及輻射品對(duì)搬運人(rén)員(y♦™uán)的(de)人(rén)體(tǐ)傷害。

目前，固定式串聯搬運機(jī)器(qì)人(rén)在制(zπ←♣hì)造業(yè)中應用(yòng)廣泛，其優點是(shì)工(gōng)作(zuò)空(kōεβ¶ng)間(jiān)大(dà)、結構簡單© ，但(dàn)其負載較低(dī)、剛性較差，隻能(nδ✘éng)在固定工(gōng)位上(shàng)完成Ωβ簡單的(de)搬運工(gōng)作(zuò)，具有(yǒu)一(yī)定的(de)局限性。通(t "'≈ōng)過結合移動機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術(shù)↔↑™和(hé)并聯機(jī)器(qì)人(rén)技(jì)術(shù)，能(néngβ↓±∏)有(yǒu)效地(dì)提高(gāo)搬運機(jī)器(qì)γ&>人(rén)的(de)承載能(néng)力和(hé)作(zuò)業(yè)範圍，在汽車(chē€↕↓)、物(wù)流、食品、醫(yī)藥等行(xíng)業(yè)具有(yǒu)廣闊的(de)應用¶π(yòng)前景，如(rú)圖8所示。

圖8 搬運機(jī)器(qì)人(rén)

3）加工(gōng)機(jī)器(qì)人(rén)

随著(zhe)生(shēng)産制(zhì)★φ♠造向著(zhe)智能(néng)化(huà)和(hé≈₹)信息化(huà)發展，機(jī)器(qì)₽≤↕人(rén)技(jì)術(shù)越來(lái)越多(duδ↕ō)地(dì)應用(yòng)到(dào)制(✘παγzhì)造加工(gōng)的(de)打磨、抛光(guāng)、↑£≈σ鑽削、銑削、鑽孔等工(gōng)序當中。與進行(xí ©ng)加工(gōng)作(zuò)業(yè)的(de)工(gōng)人(↔∏rén)相(xiàng)比，加工(gōng)機(jī)器(qì)人(rénπ∞∞)對(duì)工(gōng)作(zuò)環境的(de)要(yào)​™ φ求相(xiàng)對(duì)較低(dī)，具備持續加工(gōng)的(de)能(néng $)力，同時(shí)加工(gōng)産品質量穩定、生(shēng)産效率高(gāo)，能(né‍α¶×ng)夠加工(gōng)多(duō)種材料類φ♦∞型的(de)工(gōng)件(jiàn)，如(rú)鋁、不(bù)鏽鋼、銅、複合材料、樹( ₽shù)脂、木(mù)材和(hé)玻璃等，有(↑•yǒu)能(néng)力完成各類高(gāo)★¥ 精度、大(dà)批量、高(gāo)難度的(de)複雜(§γ₽≥zá)加工(gōng)任務。

相(xiàng)比機(jī)床加工(gōng),工(gōng)業(yè)機(jī)器(♦​£‍qì)人(rén)的(de)缺點在于其自(zì)身(shēn§≤♣)的(de)弱剛性。但(dàn)是(shì)加工(gōng)機(jī)器(qì)人(rén)具有(♦←✘yǒu)較大(dà)的(de)工(gōn®∑ ✔g)作(zuò)空(kōng)間(jiān)、<₹<×較高(gāo)的(de)靈活性和(hé)較低(dī)的(de)¥¶制(zhì)造成本,對(duì)于小(xiǎo)批量多(εΩ'duō)品種工(gōng)件(jiàn)的(de)定制(zhì)化(huà)加工(gōng)，機(φ☆jī)器(qì)人(rén)在靈活性和(hé)∏↑成本方面顯示出較大(dà)優勢；同時(shí)，機(jī)器(qì)人(rén)更加适合與傳感 ↓✘®器(qì)技(jì)術(shù)、人(r♥×én)工(gōng)智能(néng)技(jì)術(shù)相(xiàng)結合，在航空(kōn​ ♥ g)、汽車(chē)、木(mù)制(zhì)品、塑料制(zhì)品、食品等領域具有(yǒu)廣φ¶闊的(de)應用(yòng)前景，如(rú)圖9所示。

圖9 加工(gōng)機(jī)器(qì)人(rénγπ)

「 5. 工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(r'φ∞én)未來(lái)發展趨勢 」

在智能(néng)制(zhì)造領域中，以機(jī)器(qì)人(rén)為(wèi)≠ €Ω主體(tǐ)的(de)制(zhì)造業(yè)體(tǐ)現Ω♦σγ(xiàn)了(le)智能(néng)化(h<&•uà)、數(shù)字化(huà)和(hé)網絡化(huà)的( ∑<☆de)發展要(yào)求，現(xiàn)代工£<(gōng)業(yè)生(shēng)産中大(dà)規模應用'$¶(yòng)工(gōng)業(yè)機(jī)器≠®↑(qì)人(rén)正成為(wèi)企業(yè)重要(yào)的(de)發展策☆£€₹略。現(xiàn)代工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)已從(cóng)功能(né∏↕ng)單一(yī)、僅可(kě)執行(xíng)某些(xiē)固定動作(zu↓™ò)的(de)機(jī)械臂，發展為(wèi)多(du>δ✔₩ō)功能(néng)、多(duō)任務的(de)φ♥≥λ可(kě)編程、高(gāo)柔性智能(néng)機(jī)器(qì)人(rén)←α®。盡管系統中工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(r∑★✘én)個(gè)體(tǐ)是(shì)柔性可(kě)¶©γ編程的(de)，但(dàn)目前采用(yòng)的(de)大(dà)多(duō)數(sβ‌₽hù)固定式自(zì)動化(huà)生(shēng‌€β )産系統柔性較差，适用(yòng)于長(cháng)周✔©₹期、單一(yī)産品的(de)大(dà)批量生(shēng)産，而難以适應柔性化(huà'¥β)、智能(néng)化(huà)、高(gāo)度集成化(huà)的(de)現(xiàn)代智αβ®能(néng)制(zhì)造模式。應對(duì)智能(néng)制(zhì)造的(de)發展需π®α‌求，未來(lái)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人≈​(rén)系統有(yǒu)以下(xià)的(de)發展≈δ‌趨勢：

1）一(yī)體(tǐ)化(huà)發展趨勢

一(yī)體(tǐ)化(huà)是(shì)工(gōng)業(yè)機(jī)"α器(qì)人(rén)未來(lái)的(de)發展趨勢。可(kě)以對(duì)工(gō±"©ng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)進行(xíng)多(duō)功能(n✘δéng)一(yī)體(tǐ)化(huà)‌→∞的(de)設計(jì)，使其具備進行(xíng)多(duō)→≥♠道(dào)工(gōng)序加工(gōng)←®∑ 的(de)能(néng)力，對(duì)生(shēng)産環節進行(xín₽≈ g)優化(huà)，實現(xiàn)測量、>Ω≥操作(zuò)、加工(gōng)一(yī)體(tǐ)化(huà)>→≥，能(néng)夠減少(shǎo)生(shēng)産過程中的(dγ e)累計(jì)誤差，大(dà)大(dà)提升生(shēng)産線的(de)生(✔ shēng)産效率和(hé)自(zì)動化(huà)水(shuǐ)平，降低(dī)制(zhì)造䙶♦中的(de)時(shí)間(jiān)成₩✔本和(hé)運輸成本，适合集成化(huà)的(de)智能(néng)制(zhì)造模式。¶←₹

2）智能(néng)信息化(huà)發展趨勢

未來(lái)以“互聯網+機(jī)器(qì)人(rén)”為(wèi)核心的(de)數(shù​ε&♠)字化(huà)工(gōng)廠(chǎng)智☆₽↔能(néng)制(zhì)造模式将成為(wèi)制(zhì)造✔✘¶α業(yè)的(de)發展方向,真正意義上(shàng)實現(x↓×☆iàn)了(le)機(jī)器(qì)人(rén)、互聯網、信息技φ$(jì)術(shù)和(hé)智能(né ©£ng)設備在制(zhì)造業(yè)的(de)完美(měi)融合，涵蓋了(le)對(du•‍απì)工(gōng)廠(chǎng)制(zhì)&β造的(de)生(shēng)産、質量、物(wù)流δ€等環節，是(shì)智能(néng)制(zhì)造的(de)典型代表。結合工(≥♥↓gōng)業(yè)互聯網技(jì)術(shù)、機(jī)器(qì)視(shì)覺技(®γ™>jì)術(shù)、人(rén)機(jī)交互技(jì)術(shù)和♠↕(hé)智能(néng)控制(zhì)算(suàn)法等相(xiàng)關技(jì)術(shù¥φ>)，工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)能(néng)夠快(kuài)↕∏ 速獲取加工(gōng)信息，精确識别和(hé)定位作(zuò ≠☆)業(yè)目标，排除工(gōng)廠(chǎng)環↕β ♠境以及作(zuò)業(yè)目标尺寸、形狀多(duō)樣性的(de)∑​∏幹擾，實現(xiàn)多(duō)機(jī)器(qì)人(rén)智能(néng" )協作(zuò)生(shēng)産，滿足智能(né•≈©ng)制(zhì)造的(de)多(duō)樣化₹β≠•(huà)、精細化(huà)需求。

3）柔性化(huà)發展趨勢

現(xiàn)代智能(néng)制(zhì)造模式對(duì)工(gōng)業(yè) ←機(jī)器(qì)人(rén)系統提出了(le)柔性化(huà)的(de)Ω€φ÷要(yào)求。通(tōng)過開(kāi)發工(gōng)業(yè)機(jī)器(±'λ∑qì)人(rén)開(kāi)放(fàng)式的(de)控制(zh‌↑ì)系統，使其具有(yǒu)可(kě)拓展和(hé)可(kěδ₽)移植的(de)特點；同時(shí)設計(jì)制(zhì)造工(gōng)業(π±€yè)機(jī)器(qì)人(rén)模塊化(huà)、可(kě)重構化(huà)的(de)機(<​jī)械結構，例如(rú)關節模塊中實現(xiàn)伺服電(diàn)​>♦"機(jī)、減速器(qì)、檢測系統三位一(yī)體(tǐ)★€化(huà)，使得(de)生(shēng)産車(δ↔<chē)間(jiān)能(néng)夠根據​$✔"生(shēng)産制(zhì)造的(de)需求自(zì)行(xíng)拓展或∞π★ 者組合系統的(de)模塊，提高(gāo)&✔ 生(shēng)産線的(de)柔性化(huà)程度，有(yǒu)能(néng)力完★$≤成各類小(xiǎo)批量、定制(zhì)化(huà)生(shēng)産©♣±任務。

4）人(rén)機(jī)/多(duō)機(jī)協作(zuò)化(huà)發展♥☆β趨勢

針對(duì)目前工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)α♠§人(rén)存在的(de)操作(zuò)靈活性不(b&β 'ù)足、在線感知(zhī)與實時(shí)作(zuò)業(yè)能(néng)力弱等問(ε✘wèn)題，人(rén)機(jī)/多(duō)機(jī)協作(zβ‍εβuò)化(huà)是(shì)其未來(lái)的(de)發展趨勢。通(π tōng)過研發機(jī)器(qì)人(rén)多(duō)模态感知(zhī)、環境建模、優化•"♠(huà)決策等關鍵技(jì)術(shù), 強化(huà)人(rén)機(jī≤ >≠)交互體(tǐ)驗與人(rén)機(jī)協作(z∑‍uò)效能(néng)，實現(xiàn)機(jī)器(qì)人(rén)和(hé)人(rén)在感π‍知(zhī)、理(lǐ)解、決策等等不(bù)同層面上(shà→↔ng)的(de)優勢互補，能(néng)夠有(yǒu)效提高(gāo)工↕​(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)複雜(zá)作"Ω ✘(zuò)業(yè)能(néng)力。同時(shí)通(tōng)過研發工(gōn∏γg)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)多(duō)機(jī)協同技(jì)術(shù)，₽©‌©實現(xiàn)群體(tǐ)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)分(fēn)​↑¶布式協同控制(zhì)，其協同工(gōn₽γ<±g)作(zuò)能(néng)力提高(gāo)了(le)任務的(de)執行(xíng)效率, ♠↑ 以及具有(yǒu)的(de)冗餘特性提高(gāo)了(le)任務應用(yòng)的(d∑¥e)魯棒性，能(néng)完成單一(yī)系統無法完成的(de)各種高(•‍gāo)難度、高(gāo)精度和(hé)分(fēn)布式¥↕​的(de)作(zuò)業(yè)任務。

5）大(dà)範圍作(zuò)業(yè)‌♥≥♣發展趨勢

現(xiàn)代柔性制(zhì)造系統對(duì)物(wù)流運輸、生(shēng)産作(zuò)®↓業(yè)等環節的(de)效率、可(kě)靠性和(™ ÷hé)适應性提出了(le)較高(gāo)的(de)要(yào)求，在需要(yào)大↓©§≥(dà)範圍作(zuò)業(yè)的(de)工(gōng)作(zuò)環境中，固定基座的(δ★≥™de)工(gōng)業(yè)機(jī)器(qì)人(rén)很(hěn)難完成工(gōng)作(π$zuò)任務，通(tōng)過引入移動機(jī)器(qì)人(rén)β§技(jì)術(shù)，有(yǒu)效地(dì)ε♦≈φ增大(dà)了(le)工(gōng)業(yè)機(↕£≥jī)器(qì)人(rén)的(de)工(σσgōng)作(zuò)空(kōng)間(jiān)，提高(gāo¶ )了(le)機(jī)器(qì)人(rén)的(de)靈巧性。