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　　雙手協(xié)同機器人助推我國機器人新世紀

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　　先進制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我國機器人行業(yè)典型研討會

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

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　　人機協(xié)同機器人有什么優(yōu)勢？它能發(fā)揮人的長處和機器的長處。機器能樂此不疲地展開力學的操作方式、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)同體那時信息的可視化，透過人和機器的力學碰觸，也透過人機介面。這種人機協(xié)同機器人的INS13ZD方式是什么？

　　第一是雙手操作方式；

　　第二是人能鼓勵機器展開操作方式；

　　第三是考慮到人和機器的安全，因為是在同一狹窄的自然環(huán)境之下一起工作；

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

　　其中，第二種操作方式要比那時應(yīng)用領(lǐng)域的一般工業(yè)機器人要繁雜得多，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。

　　機器人方法論走向商業(yè)化

機器人方法論和實踐的爆發(fā)是從九十年代已經(jīng)開始的，包括逆天體力學和動力學的掌控方法、穩(wěn)定性方法論、力掌控和機器視覺，這些技術(shù)獲得成功地利用到了內(nèi)部空間機器人下面。他們做了敏捷臂并于2008年發(fā)射到了近地點，那時它是空中近地點下面運行的惟獨的一個敏捷臂，也是雙手的機器人，主要是在國際性太空站做碰觸操作方式。那個機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。它順利完成了國際性太空站明確要求的全部部件更換任務(wù)，因此在2013年的時候第一次對衛(wèi)星填入了1．3升的推進劑。填入推進劑是當今世界各國都在夢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器人作為背景圖案，這足以說明對敏捷機器人的重視程度。

　　從2010年已經(jīng)開始，他們團隊把內(nèi)部空間機器人的技術(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下肢的機器人在溫哥華兒童醫(yī)院做小腦損傷術(shù)后，這也是當今世界上第二次把獲得成功實現(xiàn)探頭在人的腹中移動，鼓勵醫(yī)生找到腦損傷面的術(shù)后。第三件事，就是采用NeuroArm II雙手機器人在磁共振的前提下，牙醫(yī)對病人的腦組織展開術(shù)后。這三個項目之中利用了全自適應(yīng)動態(tài)補償?shù)恼瓶剞k法，使機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，這使得機器人有了更好的技術(shù)前提，協(xié)同機器人已經(jīng)開始商業(yè)化，這將利皮揚卡類的生活、工業(yè)發(fā)生很大的影響。他們能預測，這會像往后的Cell Phone和Inter一樣利皮揚卡類產(chǎn)生重大的影響。

　　以人主導與鼓勵

北京大學智能機械控制系統(tǒng)實驗室在往后一年多的時間里研發(fā)出一款機器人產(chǎn)品 “WEE”。“WEE”是一個雙手機器人，它是由三個雙管共同組成，每一雙管能獨立操作方式，所以每一雙管由七個下肢共同組成，那個雙手機器人能有灰鰭的阻抗。人和機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。那個機器人是模組化的，這表那時機器上是模組化的，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下肢，而不須要在控制系統(tǒng)各方面做重新的設(shè)計。

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人機協(xié)同機器人有什么樣的技術(shù)明確要求？什么樣的性能是設(shè)計者所希望的呢？那個操作方式分為綠、黃、黃色三個地區(qū)。綠色的地區(qū)就是指一般的機器人，這種機器人能自由地移動。黃色的地區(qū)指已經(jīng)接近人了，那個時候就要小心它會人傷害到人的問題。黃色的地區(qū)就是碰觸的地區(qū)，那個地區(qū)機器和人展開碰觸，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，就是在機器人的末端從不同的地區(qū)展開移動。他們還希望機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，往哪個方向用力，機器人的末端就朝著哪個方向運動。他們希望機器人和人碰觸的力是很小的。如果機械臂以每秒兩厘米的速度推進，那個速度對于碰觸操作方式是足夠的。他們檢測到的力不會大于五牛頓，這是比一般的人機協(xié)同機器人達到的指標都要高得多，甚至要高出一個數(shù)量級。機器人要防止在人和機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和主導。

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

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

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

　　人機協(xié)同機器人的全方位應(yīng)用領(lǐng)域

那么，那個機器人控制系統(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，當時我看到這些應(yīng)用領(lǐng)域的時候非常感慨，因為他們機器人的應(yīng)用領(lǐng)域真的只是在一個大的領(lǐng)域里面用了一小角，這么多的應(yīng)用領(lǐng)域都能用機器人，特別是人機協(xié)同的機器人做到。

他們了解了一家叫Wave公司，他們在做濾波器，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，那時普遍是怎么做的呢？是工人兩只手在調(diào)。那個勞動強度是非常高的，所以工人的工資一定要付得很高人家才會來。那么，他們就用雙手機器人代替這樣一條測試線，把智能化引入進來，不須要再看熒光屏了，完全能靠控制系統(tǒng)來判斷那個機器人應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)螺栓的高度。這里有一個關(guān)鍵，把第一個螺栓的高度調(diào)好了，再移到后面幾個螺栓的時候，第一個螺栓的變頻又錯了，對于機器人來說再來一次就能了，我期望透過這樣的智能機器人的引入能給深圳3C的生產(chǎn)線帶來更多的改進。

　　下一個十年

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

　　那時服務(wù)機器人的應(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，那么就會在力度掌控各方面積攢下技術(shù)能力。WEE將會是一個很好的平臺，特別是當它作為一個醫(yī)療機器人時，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自主產(chǎn)權(quán)的品牌，來抵抗我國機器人市場完全被國外品牌所占領(lǐng)，這將是未來十年的時間內(nèi)非常重要的事情。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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