機(jī)器人控制發(fā)展的現(xiàn)狀與前景(編輯修改稿)
2025-07-21 19:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 形用戶界面裝置和一個專門的機(jī)器人編程器和操作工具。正如對力的控制，機(jī)器人視覺系統(tǒng)已經(jīng)使用了很長時間了，但沒有找到任何制造業(yè)機(jī)器人大量應(yīng)用的情況。原因之一就是缺少了在一個典型的工作間環(huán)境下的二維視覺系統(tǒng)較強(qiáng)的魯棒性, 控制機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要用于在攝像機(jī)的場景已很確定，光線條件可以控制的條件下，例如，在傳送帶上撿取和放置（ABB公司 3，2004）。然而, 目前市場上使用三維視覺的產(chǎn)品是盡可能地提高機(jī)器人的視覺魯棒性和系統(tǒng)的解決方案,從而能充分提高靈活性,例如, 材料處理，機(jī)械維護(hù)和裝配(Braintechref,2006)。甚至現(xiàn)在抓取工件技術(shù)為工業(yè)用途具有足夠的魯棒性（渡邊和典，Warashina，＆Kumiya，2005年）, 也有利用三維視覺技術(shù)校準(zhǔn)工具、工作對象、夾具和其他機(jī)器人部件的可能性。三維視覺的主要發(fā)展當(dāng)然與特征提取和其他的計算機(jī)視覺問題相關(guān)聯(lián)，機(jī)器人控制來設(shè)計高性能的視覺界面（Lippiello，西西利亞諾，＆維拉尼，2005）。與三維視覺相關(guān)的是激光跟蹤傳感器技術(shù),主要用于控制工作對象位置不能得到保證的電弧焊接的路徑的控制（Servorobot，2006）這些傳感器類型已經(jīng)使用了很長時間,但有一種走向全三維測量的趨勢, 例如,通過在三角測量為基礎(chǔ)的跟蹤傳感器中引入一種以上的掃描線條。同樣的發(fā)展趨勢也存在于由機(jī)器人進(jìn)行檢查光學(xué)測量系統(tǒng)中，例如,汽車車身和汽車子組件。對于跟蹤傳感器，優(yōu)化使用和與機(jī)器人程序相關(guān)的超前信息協(xié)調(diào)是很重要的，為了能在測量數(shù)據(jù)缺乏的情況下能夠處理并且從進(jìn)程失敗中能進(jìn)行有效的恢復(fù)。從一個更長的角度來看，搬運，裝配，跟蹤，檢查，校正，三維視覺等概念可以進(jìn)一步整合到機(jī)器人控制器中，從性能的角度來說它可能激發(fā)在伺服回路方面某些機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)采用三維視覺技術(shù)。其他正在進(jìn)行的機(jī)器人技術(shù)的提高涉及到機(jī)器人的控制器用戶應(yīng)用界面，其宗旨是使機(jī)器人編程，操作和維護(hù)簡單，盡管機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加?；跈C(jī)器人動作和行動的圖形表示的精靈般的循序漸進(jìn)的概念也在教學(xué)吊墜上使用（圖3。 ABB公司 4，2006），現(xiàn)實的機(jī)器人仿真接口實現(xiàn)對機(jī)器人編程水平(RRS, 2006)，過程建模工具的開發(fā)以簡化機(jī)器人編程（Skarin，Claesson，＆Bergling，2004年），用于邏輯控制和先進(jìn)的工藝和設(shè)備控制的PLC控制功能集成到機(jī)器人控制器中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化、監(jiān)測、預(yù)防性維護(hù)和故障隔離等的遠(yuǎn)程自動化采集將進(jìn)一步發(fā)展。故障隔離基于從伺服回路傳感器，特殊監(jiān)管傳感器，驅(qū)動系統(tǒng)的電流和電壓高低、使用了觀測概念說我虛擬傳感器傳回來的數(shù)據(jù)。這種發(fā)展一定會繼續(xù)，在實時動態(tài)模式運行的機(jī)器人期待著會更多的用于故障檢測、故障隔離與診斷,基于剩余的生成和系統(tǒng)辨識方法(Mattoneamp。 De Luca, 2003。 Ostring, 2002)。模式控制(Sciavicco amp。 Siciliano,2000) 在機(jī)器人學(xué)被認(rèn)為是非常重要的，以滿足對性能的改進(jìn)和成本的降低這一對矛盾的要求（圖4）。不斷的發(fā)展的方向是更加復(fù)雜的運動學(xué)和動力學(xué)模型，更復(fù)雜的多輸入多輸出（MIMO）控制計劃，靜態(tài)和動態(tài)模型參數(shù)變化更大大，日益增加噪音和干擾，較低的特征頻率機(jī)和擴(kuò)大化得非線形性的數(shù)量更大。即使所有的這些方面都做了很多學(xué)術(shù)研究，大量的應(yīng)用研究需要進(jìn)一步改善基于模型工業(yè)機(jī)器人的魯棒控制。與基于模型控制的進(jìn)一步發(fā)展攜手并進(jìn)的是采用虛擬原型機(jī)來提高性能/成本比、降低了開發(fā)成本、并能縮短產(chǎn)品周期的于模型的設(shè)計的重要發(fā)展(Pettersson,2005)。非常重要的則是由機(jī)械設(shè)計和機(jī)器人控制專家組成的機(jī)電一體化團(tuán)隊設(shè)計方法。未來工業(yè)機(jī)器人控制發(fā)展驅(qū)動力跟所有其他工業(yè)產(chǎn)品一樣，由機(jī)器人的發(fā)展主要是其用戶的需要所支配。然而, 就其用途廣泛而言機(jī)器人也十分獨特,這意味著機(jī)器人技術(shù)要向著來自不同的自動化和不同的用途的大范圍的要求去發(fā)展(機(jī)器人制造商聯(lián)系,2006)。從應(yīng)用需求出發(fā)，需要妥善處理新工藝產(chǎn)生的要求和改進(jìn)傳統(tǒng)工藝的要求之間的關(guān)系。新工藝是指工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合過程的新作為，例如攪拌摩擦焊，銑，高性能激光切割，變速箱總成，平板電視屏幕的處理和金屬板材變形等等。進(jìn)一步提高機(jī)器人性能的傳統(tǒng)工藝的例子是水射流切割，激光切割，激光焊接，涂膠，打磨，去毛刺，測量和裝配等等。有時機(jī)器人自動化會變得很受歡迎對于一個特定的圖4 . 由一個共同的控制器控制的機(jī)器人家族的基于模型控制，可以由可配置的剛體和彈性動力學(xué)模型來實現(xiàn)。應(yīng)用或材料的制造商來說,例如，塑料行業(yè)目前非?？释褂脵C(jī)器人。從客戶驅(qū)動的要求來看，基本要求當(dāng)然以降低生產(chǎn)成本、提高最終產(chǎn)品質(zhì)量同時新的自動化概念不時的試圖獲得產(chǎn)量的顯著增加。這種概念的例子是緊湊型機(jī)器人??，向后彎曲的機(jī)器人，重載機(jī)器人，多機(jī)器人控制，精確的離線編程機(jī)器人，靈活的框架機(jī)器人，傳感器控制的機(jī)器人和安全機(jī)器人。與此同時,還需要提高的是連續(xù)的靈活性,提高機(jī)器人的使用可靠性,改善勞動條件,降低壽命周期成本,使安裝、系統(tǒng)集成、編程和維護(hù)容易、以提高性能(圖5)。所有這些需求驅(qū)使著機(jī)器人制造商不斷增加更大的綜合性開發(fā)項目，開發(fā)新一代的產(chǎn)品和新產(chǎn)品的概念。圖5 . 為了滿足機(jī)器人離線編程對機(jī)器人精度日益增長的要求，運動學(xué)和彈
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