智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

文:2017年第一期

    機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”,其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器人簡(jiǎn)單、重復(fù)性勞動(dòng)來(lái)說(shuō),智能機(jī)器人是更智能化、柔性化、信息化的機(jī)器人。狹義上,智能機(jī)器人將智能傳感技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)相融合,使機(jī)器人可以更加準(zhǔn)確、完全的感知外部信息,做出正確決策,并基于多傳感器融合信息對(duì)環(huán)境進(jìn)行智能判斷和快速反應(yīng)。廣義上,在制造業(yè),通過(guò)建立數(shù)字化智能無(wú)人工廠,將機(jī)器人作為核心智能感知和作業(yè)單元,實(shí)現(xiàn)與加工、裝配、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的泛在感知與無(wú)縫集成;在非制造業(yè),將新興技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)深度融合,實(shí)現(xiàn)人類(lèi)在智慧城市享受智慧生活所帶來(lái)的極致體驗(yàn)。因此,智能機(jī)器人代表了機(jī)器人未來(lái)的趨勢(shì)和發(fā)展方向。

智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展
    目前,機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類(lèi)生產(chǎn)和生活中,隨著人工智能、機(jī)器人、傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)器人已經(jīng)由傳統(tǒng)的在線示教工作模式向智能工作模式方向發(fā)展。視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)步使得機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)對(duì)象的位置識(shí)別、姿態(tài)識(shí)別,甚至獲得作業(yè)對(duì)象的三維特征;力控制技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)器人對(duì)作業(yè)對(duì)象有了更精準(zhǔn)的觸覺(jué)反饋,實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的操作;人工智能的發(fā)展使得機(jī)器人可以在動(dòng)態(tài)環(huán)境下具有更好的規(guī)劃與決策功能,并可以支持多個(gè)機(jī)器人協(xié)同作業(yè),完成特定任務(wù);人機(jī)交互技術(shù)的進(jìn)步使得機(jī)器人和操作者之間能夠以語(yǔ)音等方式進(jìn)行更自然交互;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)器人成為智慧工廠的智能設(shè)備,程故障診斷與設(shè)備維護(hù)。隨著技術(shù)的提升,機(jī)器人的功能、性能及可靠性不斷增強(qiáng),具備更高的柔性和智能,能夠完成復(fù)雜的工作和精細(xì)作業(yè),這是機(jī)器人在技術(shù)上能夠勝任大批量替代人的先決技術(shù)條件。

    未來(lái)智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展主要集中在以下方面:

    (1)機(jī)器人機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

    高負(fù)重比輕量化手臂、中空手腕設(shè)計(jì)、一體化關(guān)節(jié)、新型仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)。

    (2)高性能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

    人機(jī)安全伺服驅(qū)動(dòng)、軟PLC、動(dòng)力學(xué)控制、高速高精度軌跡規(guī)劃與控制及多機(jī)器人協(xié)調(diào)等技術(shù)。

    (3)智能人機(jī)交互技術(shù)

    離線編程、三維仿真、VR、聲音和手勢(shì)識(shí)別、生肌電檢測(cè)等技術(shù)。

    (4)智能感知認(rèn)知和人工智能技術(shù)

    視覺(jué)識(shí)別與定位、力控制技術(shù)、遠(yuǎn)程故障診斷、語(yǔ)義理解和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)。

    智能機(jī)器人產(chǎn)品主要發(fā)展方向

    公共服務(wù)機(jī)器人
    公共服務(wù)機(jī)器人正在越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用,在餐廳、銀行、醫(yī)院、政府等公共場(chǎng)所中,服務(wù)機(jī)器人正逐步成為更加貼近人類(lèi)的工具,在應(yīng)對(duì)解決勞動(dòng)力下降、實(shí)現(xiàn)安心安全社會(huì)、創(chuàng)建便利和幸福生活等諸多問(wèn)題中發(fā)揮作用。急需開(kāi)發(fā)送餐機(jī)器人、酒店服務(wù)機(jī)器人、迎賓展示機(jī)器人、導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人等系列化產(chǎn)品,在餐廳、酒店、購(gòu)物中心、展館等行業(yè)實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

    醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人
    醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人具有精細(xì)化、智能化、微創(chuàng)化的特點(diǎn),可以更精確地診斷癥狀,科學(xué)分析病理,降低人工操作失誤,并可以減少患者痛苦,使患者恢復(fù)速度加快。由于醫(yī)護(hù)人力相對(duì)缺乏,醫(yī)用機(jī)器人作為新興醫(yī)護(hù)手段具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α<毙栝_(kāi)發(fā)面向醫(yī)療輔助、康復(fù)健身等應(yīng)用的骨科牽引機(jī)器人、送藥機(jī)器人、遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人、上下肢康復(fù)機(jī)器人等系列化產(chǎn)品,在醫(yī)院、康復(fù)中心等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用。

    養(yǎng)老助殘機(jī)器人
    全球人口老齡化及傷殘人士的社會(huì)保障和服務(wù)、醫(yī)療看護(hù)人員和設(shè)備嚴(yán)重不足,對(duì)輔助和護(hù)理的社會(huì)壓力以及高素養(yǎng)醫(yī)護(hù)人員的缺乏導(dǎo)致的供需矛盾,從多方面給社會(huì)帶來(lái)巨大的壓力和挑戰(zhàn)。養(yǎng)老助殘機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用將使銀發(fā)一族、傷殘人士獲得更及時(shí)的照顧、更貼心的陪護(hù)、更科學(xué)的康復(fù)保健,過(guò)上更有尊嚴(yán)的生活。急需開(kāi)發(fā)面向養(yǎng)老助殘應(yīng)用的智能情感陪護(hù)機(jī)器人、床椅一體化機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、助行機(jī)器人等系列化產(chǎn)品,在養(yǎng)老院、福利院、家庭等實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用。

    新一代機(jī)器人
    面向新興制造業(yè)的需求,新一代機(jī)器人以克服傳統(tǒng)固定基座機(jī)器人的局限,提升制造過(guò)程的柔性,以柔性裝配、多機(jī)器人協(xié)調(diào)等復(fù)雜作業(yè)為目標(biāo)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和優(yōu)勢(shì)機(jī)器人企業(yè)紛紛開(kāi)展在該領(lǐng)域布局,以搶占未來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)制高點(diǎn),急需開(kāi)發(fā)面向電子、醫(yī)藥等新興制造業(yè)的復(fù)合型機(jī)器人、一體化多關(guān)節(jié)柔性機(jī)器人、雙臂機(jī)器人等系列化產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。

    工業(yè)機(jī)器人智能應(yīng)用工藝軟件
    隨著機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,客戶(hù)產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代,以及對(duì)產(chǎn)品加工工藝和精度要求的不斷提升,對(duì)于機(jī)器人智能化的要求也越來(lái)越高。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品與國(guó)外的差距主要體現(xiàn)在高端智能應(yīng)用方面,急需開(kāi)發(fā)針對(duì)于焊接、加工、裝配、噴涂等高端行業(yè)的專(zhuān)用工業(yè)軟件包,完成在典型行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化推廣。

    智能機(jī)器人潛在應(yīng)用市場(chǎng)
    未來(lái),隨著技術(shù)的提升,機(jī)器人的功能、性能及可靠性不斷增強(qiáng),具備更高的柔性和智能化,能夠完成各種復(fù)雜的任務(wù)和精細(xì)作業(yè),所以其應(yīng)用領(lǐng)域也在由汽車(chē)等傳統(tǒng)領(lǐng)域向新興領(lǐng)域不斷進(jìn)行擴(kuò)展。

    (1)服務(wù)行業(yè):公共服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人及養(yǎng)老助殘機(jī)器人

    產(chǎn)品特點(diǎn)有:采用視覺(jué)、力覺(jué)、激光、超聲、紅外等多種傳感器信息融合提高機(jī)器人的智能程度,具有自主導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、自主避障和人機(jī)交互等功能。

    典型應(yīng)用有:展示、引導(dǎo)、講解、端物品、人員識(shí)別與判斷、醫(yī)療輔助、康復(fù)健身及情感陪護(hù)等。

    (2)新興制造業(yè):柔性多關(guān)節(jié)機(jī)器人、復(fù)合型機(jī)器人及雙臂機(jī)器人

    產(chǎn)品特點(diǎn)有:滿足安全、快速、易用以及高柔性的操作需求,具有高速度,高精度,小型化等優(yōu)勢(shì)。

    典型應(yīng)用有:精密組裝、部件分揀與裝配、生產(chǎn)線自動(dòng)化上下料、物流運(yùn)輸、及設(shè)備維修、檢測(cè)與清潔等。

    (3)航空、航天領(lǐng)域:智能工業(yè)機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)系統(tǒng)

    產(chǎn)品特點(diǎn)有:可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于具有自由曲面的大尺寸工件的三維建模與機(jī)器人最優(yōu)作業(yè)軌跡規(guī)劃,完成大尺寸工件的精確作業(yè),可實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人同時(shí)無(wú)人化作業(yè),提高作業(yè)效率。

    典型應(yīng)用有:工作站維修、大部件噴涂、焊接、加工作業(yè)等。

    (4)物流運(yùn)輸領(lǐng)域:室外AGV、重載AGV及激光導(dǎo)引AGV系統(tǒng)

    產(chǎn)品特點(diǎn)有:可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、室外復(fù)雜環(huán)境集裝箱等重載物品的自動(dòng)水平轉(zhuǎn)運(yùn)。

    典型應(yīng)用有:港口集裝箱運(yùn)輸、高鐵大型部件自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、重載工程機(jī)械物料運(yùn)輸?shù)?/p>

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