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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、服務質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的重大突破。我國作為機器人的應用領域大國，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用領域的一般工業(yè)機器人要繁雜得多，所以他們應該從控制系統(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，這些技術獲得成功地利用到了內部空間機器人下面。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用領域了力掌控的手段，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，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，他們團隊把內部空間機器人的技術應用領域到了醫(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后。這三個項目之中利用了全自適應動態(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”?！癢EE”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)各方面做重新的設計。

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人機協(xié)同機器人有什么樣的技術明確要求？什么樣的性能是設計者所希望的呢？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展開操作方式。

他們做這件事情就是靠下肢掌控和任務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用領域

那么，那個機器人控制系統(tǒng)有什么應用領域呢？他們到深圳和其它地方做了很接近的調查，當時我看到這些應用領域的時候非常感慨，因為他們機器人的應用領域真的只是在一個大的領域里面用了一小角，這么多的應用領域都能用機器人，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。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該怎樣調節(jié)螺栓的高度。這里有一個關鍵，把第一個螺栓的高度調好了，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用領域，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構，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。

　　那時服務機器人的應用領域多數(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)權的品牌，來抵抗我國機器人市場完全被國外品牌所占領，這將是未來十年的時間內非常重要的事情。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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