關(guān)于工業(yè)機器人的高速度高精度控制方法的探討

吳堅　龍錦中

[摘 要] 隨著工業(yè)化智能概念的提出，我國開始嘗試以工業(yè)機器人作為生產(chǎn)線上的主要勞動力，一直以來，工業(yè)機器人的定義與特征一直處于模糊的界限，直到對智能化進行初步探索與研究之后，工業(yè)機器人才逐漸被各界認可。系統(tǒng)地梳理國內(nèi)外工業(yè)機器人的相關(guān)技術(shù)與研究，希望能為促進生產(chǎn)智能化提供一定的參考價值。

[關(guān)鍵詞] 工業(yè)機器人;高精度;控制方法

與智能化系統(tǒng)類似，工業(yè)機器人可以被視為多個系統(tǒng)組成的主體，而這些系統(tǒng)就是機器人的“部件”。自改革開放以來，我國的制造業(yè)與重工業(yè)等有關(guān)生產(chǎn)力水平的領(lǐng)域，一直以來都處于國際產(chǎn)品鏈體系的低段，我國缺乏強力的信息驅(qū)動與創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計。隨著工業(yè)機器人研究的開展，有利于加快我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，提高生產(chǎn)行業(yè)的整體水平，并有效優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完成跨越式的發(fā)展任務(wù)。

一、國內(nèi)外工業(yè)機器人研究現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)外工業(yè)機器人應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外工業(yè)機器人的研究熱潮主要集中在第一世界與中國，在歐美等發(fā)達國家中，人口紅利消減，產(chǎn)業(yè)固化導(dǎo)致勞動力無法滿足市場需求，而在中國，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，導(dǎo)致市場需求大大增加，尤其是在航空等重工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機器人的應(yīng)用規(guī)模躍居世界第一。但是，無論是歐美還是中國，大家主要的機器人研究方向是偏向于柔性的功能化，也就是說，工業(yè)機器人更適用于重工業(yè)領(lǐng)域[1]。

（二）國內(nèi)外工業(yè)機器人研究總結(jié)

在工業(yè)機器人的研究領(lǐng)域中，主要涉及到航空、手工制造等行業(yè)，為此，國內(nèi)外主要研究方向是圍繞工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)、精度與動態(tài)三方面開展的。在上世紀，歐盟首先提出了柔性化的制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效控制多個協(xié)作的操作性機器人，這是后世工業(yè)機器人的雛形與基礎(chǔ)。在歐盟第七框架計劃中，德國、奧地利、西班牙等國家發(fā)起了“未來工廠”項目，該項目旨在實現(xiàn)人機協(xié)作、機器人集成與未來探索（FUTURASSY），目前，該項目已經(jīng)成功推動了國內(nèi)外A380方向舵組裝平臺的發(fā)展[2]。

二、提高工業(yè)機器人的高速度高精度控制方法的有效對策

（一）模型定標法

針對工業(yè)機器人定位機理的四項基數(shù)，基于模型的定標方法逐步形成了一套流程規(guī)范、可操作性強的校準補償機制。早在DynaCal補償系統(tǒng)中，模型定標法成功滿足了一些需要離線編程或絕對定位精度的系統(tǒng)要求，無論是離線編程還是絕對定位精度，都可以通過現(xiàn)有機器人運動學(xué)原理進行解決。機器人的誤差因素通常來自于以下四種：內(nèi)部構(gòu)件參數(shù)、受力變形、結(jié)構(gòu)誤差以及環(huán)境因素，而模型定標法恰恰是針對機器人誤差的補償原理所提出的理論。這一方法需要外部借助高精度的測量工具，保障機器人內(nèi)部構(gòu)件參數(shù)與結(jié)構(gòu)的正確性，再根據(jù)實際數(shù)據(jù)與理論的偏差，從而有效達到補償定位絕對精度的目的。

（二）非模型定標法

與模型定標法相比，非模型定標法是基于參數(shù)耦合的成果下，提出非模型的機器人精度標定方法，這一方法拋棄了參數(shù)模型的解析與誤差識別，而是以曲線擬合的方式完成補償機制的設(shè)立。從目前該方法應(yīng)用情況來看，工作人員根據(jù)曲線擬合、空間插值與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出三個子分類，即通過三個子分類數(shù)據(jù)參數(shù)的計算，得出目標定位誤差，尤其是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)假設(shè)中，工作人員提出機器人學(xué)習(xí)能力與自適應(yīng)性，他們將工業(yè)機器人運動學(xué)模型替換為神經(jīng)網(wǎng)的訓(xùn)練。雖然非模型定標法能夠有效避免參數(shù)辨識與建模復(fù)雜的缺陷，但大量的計算與校準使得非模型定標法的研究仍然落后于模型定標法。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化與調(diào)整，越來越多的領(lǐng)域開始逐漸應(yīng)用工業(yè)機器人。目前，關(guān)于提高工業(yè)機器人精度的主流方法分為兩類：模型定標法與非模型定標法，兩者各有所長，發(fā)展前景與方向也并不完全一致。

參考文獻：

[1]郭宏巖.六軸機器人在汽車頭枕生產(chǎn)中的應(yīng)用及展望[A].第十六屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（理工農(nóng)醫(yī)）[C].中國機械工程學(xué)會：沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會，2019：5.

[2]金增楠.基于手機APP與虛擬仿真技術(shù)對工業(yè)機器人課程教學(xué)改革探討[A].第十六屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（經(jīng)管社科）[C].2019：5.

[作者單位]

廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（編輯：李博寧）