王家鵬

摘 要：隨著智能技術的快速發(fā)展，協(xié)作機器人被廣泛應用在各領域生產(chǎn)經(jīng)營建設過程中，為從根本上提升安全效益、經(jīng)濟效益及服務效益奠定了堅實的技術基礎。本文就基于此，以協(xié)作機器人研究現(xiàn)狀為切入點，就如何加快協(xié)作機器人技術發(fā)展進程進行相關概述，旨在充分發(fā)揮出協(xié)作機器人的積極作用。

關鍵詞：協(xié)作機器人;研究現(xiàn)狀;技術發(fā)展

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0024-02

0 引言

就目前來看，協(xié)作機器人是當前工業(yè)機器人研究重點課題，協(xié)作機器人的智能化、互動性功能也將會成為提升工業(yè)生產(chǎn)建設管理水平的關鍵所在。據(jù)相關研究人員分析，在二十一世紀，協(xié)作機器人市場將會呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展趨勢。同時，協(xié)作機器人將依據(jù)不同工作需求及運行環(huán)境特征，進入更具協(xié)同性的工作狀態(tài)。與其它國家相比，我國在協(xié)作機器人方面的研究起步稍晚，實踐經(jīng)驗不足，需基于各領域對協(xié)作機器人提出的要求，對協(xié)作機器人功能性及安全性等方面進行完善及優(yōu)化，充分發(fā)揮出協(xié)作機器人在提升各領域綜合效益期間的積極作用。

1 協(xié)作機器人理論研究

1.1 協(xié)作機器人概念

從廣義上來講，協(xié)作機器人主要就是與人類共同工作空間具有近距離互動機器人?，F(xiàn)階段部分工業(yè)類機器人均會受到自動作業(yè)設計及導引下作業(yè)設計的局限，與人類共同工作的距離較遠，相關安全防護功能較為缺失[1]。而協(xié)作機器人就是將人類共同工作需求轉換為機器人自身應用機能，確保機器人能夠在提升生產(chǎn)效益及經(jīng)濟效益的過程中發(fā)揮出重要的作用。

1.2 協(xié)作機器人發(fā)展歷程

協(xié)作機器人概念首次提出于二十世紀九十年代提出，當時通用汽車基金會為實現(xiàn)生產(chǎn)項目的高質高效生產(chǎn)目標，試圖從根本上提升當時生產(chǎn)機器人的應用安全性，確保機器人能夠與員工實現(xiàn)良好的協(xié)同合作。第一臺協(xié)作機器人的研發(fā)工作由麻省理工學院接手，當時獲得了國家及有關部門的高度關注。經(jīng)過年研究，初代協(xié)作機器人在美國航天局首次公開。隨著協(xié)作機器人研究工作的不斷深入，德國聯(lián)邦科教部又試圖將協(xié)作機器人朝向智能化轉行，為增強協(xié)同機器人研發(fā)工作的經(jīng)濟效益及服務效益奠定了堅實技術發(fā)展。

2006年，日本一家電機公司將所研發(fā)出的輕型機械臂引入到歐洲市場，與主流協(xié)作機器人的功能及結構無明顯差別，但就協(xié)作機器人的根本研發(fā)目標而言，依然存在一些差距[2]。具體而言，輕型機械臂僅能夠實現(xiàn)多機器人協(xié)作工作目標，無法從根本上保障與人類處于共同工作空間的安全性。

2008年，第一臺真正意義上的協(xié)作機器人被首次研發(fā)出來，徹底打開了協(xié)作機器人的市場大門。與協(xié)作機器人相關的各類企業(yè)數(shù)量增多，建設規(guī)模不斷擴大，使協(xié)作機器人各項功能及實際應用期間的綜合效益得到了極大程度的提升。為更好規(guī)范協(xié)作機器人市場，國家及有關部門針對協(xié)作機器人發(fā)展需求及各領域生產(chǎn)建設經(jīng)營特征，頒布了更加健全的協(xié)作機器人生產(chǎn)及研發(fā)規(guī)定，從根本上提升了協(xié)作機器人研發(fā)及技術發(fā)展期間的有序性及穩(wěn)定性。

2 多機器人協(xié)同及合作

現(xiàn)階段，協(xié)作機器人研究重點均放置在多機器人協(xié)調問題方面。早在二十世紀八十年代，為從根本上解決協(xié)作機器人在合作的情況下無法完成某一共工作，如協(xié)同搬運、協(xié)同荷載等，其無法對系統(tǒng)及相關合作合作機制，存在運動受限或運行體系鏈條出現(xiàn)斷裂的情況[3]。同時，因協(xié)作機器人多以操作物體期間的閉鏈系統(tǒng)，會存在運行受限、冗余度控制問題等，需相關工作人員建立起系統(tǒng)組織及合作機制控制體系。同時，通過在控制器內輸入相關指令，確保對各協(xié)作機器人運行情況的協(xié)同控制。

在協(xié)作機器人多機器人系統(tǒng)研發(fā)過程中，還應解決多機器人合作及組織機器人完成某項任務等問題，通過明確各項機制及運行任務，確保機器人與機器人之間保持一種更具協(xié)同性的運行關系。在實際設計過程中，多機器人合作不僅是將一定數(shù)量的機器人在同一工作空間啟動，更是對協(xié)作機器人的控制，確保相關控制系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)與解決協(xié)作機器人在實際運行期間存在的問題。同時，支撐協(xié)作機器人實現(xiàn)同步在線運算，更好控制協(xié)作機器人自身動作及運行頻率，切實提升協(xié)作機器人工作期間期間的質量及效率。在協(xié)作機器人技術發(fā)展過程中，相關工組人員還應依據(jù)運行環(huán)境及任務的具體需求，對協(xié)作機器人系統(tǒng)內組織及控制，以便更好實現(xiàn)協(xié)作機器人在多機器人協(xié)同合作上的目標。

3 協(xié)作機器人核心零部件研究

在協(xié)作機器人核心零部件設計及研發(fā)過程中，需注重輕量化設計原則，要求協(xié)作機器人核心零部件具有高度的集成化，要求在傳統(tǒng)機器人零部件生產(chǎn)技術的基礎上對其結構及具體結構性能進行不斷完善及優(yōu)化。

在協(xié)作機器人中，電機可直接影響到機器人實際運行質量及效率，應在傳統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)基礎上，對電機的可選范圍進行不斷完善。同時，結合各領域實際生產(chǎn)建設需求，對單一的科爾摩根產(chǎn)品功能及各項性能進行進一步優(yōu)化。

注重對協(xié)作機器人安全控制裝置的設計及研發(fā)，雖然現(xiàn)階段協(xié)作機器人市場安全控制裝置的種類及數(shù)量較多，但實際安裝成本更大，類似于諧波減速裝置及伺服驅動昂裝置難以更好滿足協(xié)作機器人運行需求[4]。因此為更好實現(xiàn)協(xié)作機器人大規(guī)模應用及研發(fā)目標，相關工作人員應對協(xié)作機器人安全控制器進行科學規(guī)范設計，確保協(xié)作機器人后期運行質量及效率能夠滿足各領域生產(chǎn)建設需求。

4 協(xié)作機器人研究現(xiàn)狀

2015年，我國首次將協(xié)作機器人研發(fā)與技術發(fā)展工作列為重要研究方向，通過全方位動態(tài)補償控制方式、力控制及策略及完善的人機交互界面等，對協(xié)作機器人的各項功能及運行特征進行不斷完善及優(yōu)化。同時，與傳統(tǒng)機器人相比，協(xié)作機器人融合了更加先進的高帶寬、節(jié)能型技術。相較于其它國家協(xié)作機器人的研究及技術發(fā)展而言，我國協(xié)作機器人成品化及市場化起步較晚，實際積累經(jīng)驗不足，導致協(xié)作機器人在各領域生產(chǎn)經(jīng)營管理方面的應用范圍較為狹窄。同時，為根本上增強協(xié)作機器人經(jīng)濟適用性，相關研究部門又將研究重點放置控制協(xié)作機器人投入成本，提升協(xié)作機器人生產(chǎn)期間的安全性及靈活性等方面，切實降低協(xié)作機器人運行故障風險，使其被更好的應用在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。

5 協(xié)作機器人研究要點

5.1 群體體系

在協(xié)作機器人研究過程中，相關工作人員應將實際研究對象放置在協(xié)作機器人的群體研究體系上，通過劃分協(xié)作機器人各項功能及結構特征，為協(xié)作機器人的完善及優(yōu)化提供重要理論依據(jù)[5]。在協(xié)作機器人群體構建過程中，其結構類型多為分布式，同時對智能體的相對控制為平等。同時，在協(xié)作機器人群體體系結構的設計過程中，還會存在同構及異構問題。具體來說，同構群體模式下的協(xié)作機器人主要功能及機能基本相同，而異構群體模式雖然具有一定的普遍性，但實際運行期間所面臨的風險因素更多，需依照實際運行任務及協(xié)作機器人個體運行需求判斷異構主要分布特征。

5.2 通信體系

為更好實現(xiàn)機器人與人類共處于同一工作空間的目標，應確保協(xié)作機器人能夠實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)運行目標。當前大部分協(xié)作機器人均沒有實現(xiàn)無通信合作目標，需借助直接型及廣播型通信體系，更好制定出解決協(xié)作機器人合作問題的解決方案[6]。隨著計算機技術的快速發(fā)展，分布式信息處理系統(tǒng)被防范的應用在實際生產(chǎn)建設過程中，而協(xié)作機器人作為分布式控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其在進行數(shù)據(jù)處理及信息共享的過程中也需依賴通信系統(tǒng)獲取信息，在協(xié)作機器人數(shù)量增多的情況下，其自身運行負擔將會明顯增大，因此在不斷完善及優(yōu)化協(xié)作機器人過程中，需要確保協(xié)作機器人能夠適應通信機制，又要確保協(xié)作機器人能夠保持對周邊環(huán)境的感知及理解能力，確保協(xié)作機器人能夠與人類實現(xiàn)良好的信息交流及合作。

5.3 感知及學習

在協(xié)作機器人實際運行期間，感知及學習也是機器人與人類的交互動作形式。其中，合作機器人均具有各自傳感系統(tǒng)，對傳感系統(tǒng)的高效利用可直接反應出協(xié)作機器人運行水平。因此需相關工作人員通過對協(xié)作機器人參數(shù)數(shù)值的的控制，從根本上提升協(xié)作機器人實際工作期間的專業(yè)性及靈活行，確保協(xié)作機器人能夠更好滿足各領域生產(chǎn)建設要求。

5.4 建模及規(guī)劃

針對與人類共處同一工作空間的行為、狀態(tài)及意圖需求，充分發(fā)揮出協(xié)作機器人在促進機器人與其它智能體協(xié)同合作的積極作用。在智能體使用建模能力的過程中，對通訊系統(tǒng)的依賴程度也會從根本上降低。同時，針對協(xié)作機器人合作動態(tài)組織性及環(huán)境變化性的功能需求，針對協(xié)作機器人不同協(xié)作對象，明確機器人自身動態(tài)自組織及環(huán)境變化重組特征[7]。借助全局控制理念，對協(xié)作機器人的智能動作級別進行全局劃分，確保協(xié)作機器人系統(tǒng)及各項功能能夠更好滿足相關專業(yè)領域的生產(chǎn)建設需求。

5.5 安全功能

在協(xié)作機器人研發(fā)及技術設計過程中，應注重提升機器人自身的安全機能，確保協(xié)作機器人能夠自行解決死鎖及避碰等問題。具體而言，在協(xié)作機器人實際運行期間，會出現(xiàn)各項資源沖突問題，如沒有相應的解決措施，就極有可能出現(xiàn)運行停止的現(xiàn)象。因此為確保協(xié)作機器人穩(wěn)定有序運行，相關工作人員應從機械人內部通信及傳感設備的優(yōu)化入手，對機器人自檢功能進行不斷完善。

5.6 合作功能

為充分發(fā)揮出協(xié)作機器人實際運行期間的積極作用，需相關研究部門應從的實現(xiàn)自發(fā)地合作目標的方面入手?，F(xiàn)階段多機器人及人機協(xié)同合同勢必要開展多地自主研發(fā)[8]?，F(xiàn)階段協(xié)作機器人生產(chǎn)研發(fā)期間的合作工作分為純社會行為及協(xié)作行為，其中，協(xié)作行為是智能協(xié)作交互后的現(xiàn)象，屬于更距主觀性的合作行為，從而尋求多方經(jīng)濟利益最大化目標。因此在協(xié)作機器人研發(fā)及技術發(fā)展過程中，通過建立起更加完善的多部門協(xié)同關系，能夠更好提升實際生產(chǎn)建設效率，從根本上推動協(xié)作機器人市場可持續(xù)發(fā)展進程。

6 結語

總而言之，協(xié)作機器人的研究及技術發(fā)展工作依然任重道遠，在協(xié)作機器人實際研究推廣的程中，生產(chǎn)成本控制難度大、核心元器件無法實現(xiàn)自主研發(fā)等問題還在困擾著相關研究部門，需加強協(xié)作機器人研究及技術發(fā)展管理力度，結合各領域實際生產(chǎn)建設需求，對協(xié)作機器人進行不斷完善及優(yōu)化。同時，積極引進國外先進技術及先進理念，注重協(xié)作機器人人才培養(yǎng)，為協(xié)作機器人的研究及技術發(fā)展工作提供更加充分的人力及物力資源。

參考文獻

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