裝配機器人的關鍵技術與發展方向

摘要： 隨著現代科技的迅猛發展，機器人技術已廣泛應用于人類社會的各個領域。裝配是產品生產的后續工序，在制造業中占有非常重要的地位。由于裝配所具有的重要意義，裝配領域將是未來機器人技術發展的焦點之一。裝配機器人將在機器人應用中躍居第一位。

關鍵詞： 裝配機器人；機器人；裝配；

引言

裝配機器人則是工業生產中，用于裝配生產線上對零件或部件進行裝配的工業機器人，它屬于高、精、尖的機電一體化產品，它是集光學、機械、微電子、自動控制和通訊技術于一體的高科技產品，具有很高的功能和附加值。

1.裝配機器人的精確定位

裝配機器人運動系統的定位精度由機械系統靜態運動精度（幾何誤差、熱和載荷變形誤差）和機電系統高頻響應的暫態特性（過渡過程）所決定，其中靜態精度取決于設備的制造精度和機械運動形式，動態響應取決于外部跟蹤信號、系統固有的開環動態特性、所采用的減振方法（阻尼）和控制器的調節作用。

2.裝配機器人的實時控制

在許多微機應用領域中，PC機的速度和功能往往不能滿足需要。特別是在多任務工作環境下，各任務只能分時工作，動態響應取決于外部跟蹤信號、系統固有的開環動態特性、所采用的減振方法（阻尼）和控制器的調節作用。

3.檢測傳感技術

檢測傳感技術的關鍵是傳感器技術，它主要用于檢測機器人系統中自身與作業對象、作業環境的狀態，向控制器提供信息以決定系統動作。傳感器精度、靈敏度和可靠性很大程度決定了系統性能的好壞。檢測傳感技術包含兩個方面內容：一是傳感器本身的研究和應用，二是檢測裝置的研究與開發。

4.裝配機器人系統軟件研制

PC機是在MS-DOS或Windows操作系統下工作的。MS-DOS是一個單任務操作系統，Windows則是分時多任務，均不能滿足機器人規劃，伺服同時進行的要求。為此，必須開發一個協調上、下位機各任務工作的實時控制程序，它作為MS-DOS或Windows下的一個應用程序分別在兩個系統上運行。裝配機器人系統的軟件主要由機器人語言編譯模塊、多任務監控模塊、雙系統握手通訊模塊、伺服控制模塊四部分構成。系統在上電啟動后即初始化，建立雙系統聯系，根據Semaphore鎖存器的值及雙口RAM中的數據調度任務，對機器人進行初始定位后對機器人語言命令編譯，分由上、下位機同時執行。

5.裝配機器人控制器的研制

裝配機器人的伺服控制模塊是整個系統的基礎，它的特點是實現了機器人操作空間力和位置混合伺服控制，實現了高精度的位置控制、靜態力控制，并且具有良好的動態力控制性能。伺服模塊之上的局部自由控制模塊相對獨立于監督控制模塊，它能完成精密的插圓孔、方孔等較為復雜的裝配作業。

6.裝配機器人的圖形仿真技術

對于復雜裝配作業，示教編程方法效率往往不高，如果能直接把機器人控制器與CAD系統相聯接，則能利用數據庫中與裝配作業有關的信息對機器人進行離線編程，使機器人在結構環境下的編程具有很大的靈活性。另一方面，如果將機器人控制器與圖形仿真系統相聯，則可離線對機器人裝配作業進行動畫仿真，從而驗證裝配程序的正確性、可執行性及合理性。

7.裝配機器人柔順手腕的研制

通常而言，通用機器人均可用于裝配操作，利用機器人固有的結構柔性，可以對裝配操作中的運動誤差進行修正。通過對影響機器人剛度的各種變量進行分析，并通過調整機器人本身的結構參數來獲得期望的機器人末端剛度，以滿足裝配操作對機器人柔順性要求。

總結

目前機器人領域正在加大科研力度，進行裝配機器人共性技術及關鍵技術的研究，并朝著智能化和多樣化的方向發展。主要研究內容集中在以下幾個方面：

1.裝配機器人操作機結構的優化設計技術：探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比，同時機構進一步向著模塊化、可重構方向發展。

2.直接驅動裝配機器人：傳統機器人都要通過一些減速裝置來達到降速并提高輸出力矩，這些傳動鏈會增加系統功耗、慣量、誤差等，并降低系統可靠性，為了減小關節慣性，實現高速、精密、大負載及高可靠性。一種趨勢是采用高扭矩低速電機直接驅動。

3.機器人控制技術：重點研究開放式，模塊化控制系統，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機器人控制器的標準化和網絡化，以及基于PC機網絡式控制器己成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離線編程的實用化的完善成為研究重點。

4.多傳感器融合技術：為進一步提高機器人的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器融合算法，特別是在非線性及非平穩、非正態分布的情形下的多傳感器融合算法。另一問題就是傳感系統的實用化。

5.機器人的結構要求更加靈巧，控制系統愈來愈小，二者正朝著一體化方向發展。

6.機器人遙控及監控技術，機器人半自主和自主技術，多機器人和操作者之間的協調控制，通過網絡建立大范圍內的機器人遙控系統，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。升虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙操作和人機交互。

7.智能裝配機器人：裝配機器人的一個目標是實現工作自主，因此要利用知識規劃，專家系統等人工智能研究領域成果，開發出智能型自主移動裝配機器人，能在各種裝配工作站工作。

8.并聯機器人：傳統機器人采用連桿和關節串聯結構，而并聯機器人具有非累積定位誤差，執行機構的分布得到改善、結構緊湊、剛性提高、承載能力增加等優點，而且其逆位置問題比較直接、奇異位置相對較少，所以近些年來倍受重視。

9.協作裝配機器人：隨著裝配機器人應用領域的擴大，對裝配機器人也提出一些新要求，如多機器人之間的協作，同一機器人雙臂的協作，甚至人與機器人的協作，這對一于重型或精密裝配任務非常重要。

10.多智能體（multi-agent）協調控制技術：這是目前機器人研究的一個嶄新領域，主要對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。