杨桂林:协作机器人柔顺运动控制技术展望

  点击数:489  发布时间:2019-09-12 13:42
协作机器人已成为全球机器人产业中发展最为迅速,市场应用最为广阔的一类机器人,而协作机器人的柔顺运动控制技术对于实现安全、高效的人机协作至关重要。
关键词:柔顺运动控制技术 ,协作机器人 ,机器人

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中国科学院宁波材料技术与工程研究所高级研究员杨桂林

协作机器人已成为全球机器人产业中发展最为迅速,市场应用最为广阔的一类机器人,而协作机器人的柔顺运动控制技术对于实现安全、高效的人机协作至关重要。

从安全防护网走出来的协作机器人,正在逐步融入人类的生产和生活环境,也必将与人类实现安全、高效、紧密的交互与协作。未来等待协作机器人的将是更加多样化的工作任务和更加复杂的作业环境,这对其柔顺运动控制技术提出了更高的要求。因此,协作机器人的柔顺运动控制方法需要不断改进和创新,主要将呈现以下几方面发展趋势。

(1)通过驱动关节本体结构创新提高协作机器人的安全性和柔顺运动控制性能。例如:创新设计可变阻抗的双定子力矩电机,或是在驱动关节中引入轻质高效的变阻抗/刚度装置,并基于变阻抗/刚度驱动装置设计相应的柔顺运动控制器。通过关节本体的变阻抗/刚度特性和变阻抗控制算法的有机结合,可望显著提高协作机器人柔顺运动控制性能。

(2)采用理论模型与数据驱动模型相结合提高协作机器人系统的动力学建模精度。精确的动力学模型一方面能够有效地提高协作机器人的轨迹跟踪和力控制精度,另一方面便于控制器优化和控制性能分析,从而有助于提高协作机器人柔顺运动控制性能。

(3)建立协作机器人柔顺运动性能的分析评价方法,为柔顺运动控制器优化设计奠定基础。一方面需研究能够表征机器人系统柔顺运动控制性能的指标;另一方面是研究机器人控制系统中各因素对柔顺控制性能(如稳定性、鲁棒性、控制精度)影响的分析方法,如驱动器响应特性、摩擦力、采样时间延迟、动力学模型误差和交互环境不确定性等。

(4)采用三维视觉技术与力感知技术相结合,提高对非结构化环境和人类行为的感知认知能力。通过信息融合技术和人工智能技术的引入,既可以提高对非结构化环境建模的可靠性和精度,又能够对人类的动作和行为进行认知与预测,有助于对柔顺运动控制策略进行优化选择,也有助于协作机器人期望阻抗参数的智能化调整,从而使协作机器人能够更好地适应非结构化环境并完成与人协作任务。

摘自《自动化博览》2019年9月刊

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