焊接機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-英文譯文

1、附件C：譯文.重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)附件C 指點(diǎn)教師評(píng)定成果(五級(jí)制)：指點(diǎn)教師簽字：附件C：譯文從工業(yè)的角度看機(jī)器人控制開(kāi)展的現(xiàn)狀和前景Torgny BrogardhABB機(jī)器人、SE-721stera 68 Va瑞典2006年10月5日投稿2007年1月14日發(fā)表2007年5月4日網(wǎng)上刊登摘要：對(duì)于機(jī)器人制造商來(lái)說(shuō)機(jī)器人控制技術(shù)是一項(xiàng)中心競(jìng)爭(zhēng)力。為了改善機(jī)器人性能、減小機(jī)器人本錢(qián)和開(kāi)發(fā)新的功能，機(jī)器人制造商做了大量的研發(fā)任務(wù)。當(dāng)今，在這一開(kāi)展領(lǐng)域最引人注目的是多機(jī)器人控制、平安控制、力控制、三維視覺(jué)、遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的監(jiān)視和無(wú)線通訊等。目前人們正在研討受害于這些研發(fā)的技術(shù)運(yùn)用和機(jī)器

2、人制造商所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段，基于模型的控制是工業(yè)機(jī)器人控制的關(guān)鍵技術(shù)。雖然本錢(qián)壓力致使機(jī)器人機(jī)械構(gòu)造更加難以控制，為了滿(mǎn)足更高的性能要求，控制模型和控制方案還是越來(lái)越準(zhǔn)確?？梢詮哪承╊I(lǐng)域找到機(jī)器人未來(lái)開(kāi)展的驅(qū)動(dòng)力。這些領(lǐng)域包括汽車(chē)行業(yè)新的機(jī)器人技術(shù)，特別是在中小型企業(yè)、食品工業(yè)、鑄造廠等的最后組裝以及大型構(gòu)造的加工和裝配領(lǐng)域。在這里本文提出了未來(lái)機(jī)器人控制開(kāi)展的一些情況。一種情況是，輕型機(jī)器人的概念能夠?qū)ξ磥?lái)汽車(chē)制造和中小型企業(yè)SME的自動(dòng)化產(chǎn)生影響。這樣的開(kāi)展能夠?qū)е履K化機(jī)器人和在機(jī)器人臂構(gòu)造上運(yùn)用傳感器的控制方案的誕生。上面提到的這種傳感器也可以用于冗余平安控制的實(shí)現(xiàn)。高度模塊化機(jī)

3、器人的引進(jìn)將添加機(jī)器人對(duì)安裝支持的需求，這樣就使得即插即用功能變得更為重要。獲得高度模塊化機(jī)器人的一種途徑是利用近年來(lái)開(kāi)展起來(lái)的一種新型的并行構(gòu)造機(jī)器人構(gòu)造。相對(duì)于機(jī)器人底座來(lái)說(shuō)并行機(jī)器人構(gòu)造有很大的任務(wù)空間。為進(jìn)一步有效地運(yùn)用機(jī)器人,自順應(yīng)機(jī)器人方案就被提了出來(lái)，這意味著機(jī)器人在執(zhí)行不同的程序是所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和疲勞應(yīng)力分別得到了控制優(yōu)化。上述陳說(shuō)的主要結(jié)論是:工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)展是在遠(yuǎn)離它的限制, 需求大量的研討和開(kāi)發(fā)來(lái)獲得一個(gè)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化更廣泛運(yùn)用。#2007愛(ài)思唯爾保管一切權(quán)益。關(guān)鍵詞:工業(yè)機(jī)器人,機(jī)器人控制;控制功能;控制運(yùn)用簡(jiǎn)介工業(yè)機(jī)器人開(kāi)展的特點(diǎn)是一個(gè)大范圍的多學(xué)科技術(shù)的交融。這些

4、技術(shù)很多都不是特定面向機(jī)器人的，可以經(jīng)過(guò)其他更廣泛的產(chǎn)品領(lǐng)域得到開(kāi)展。然而，機(jī)器人控制，尤其是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)不同的機(jī)器人產(chǎn)品相差很大，同時(shí)構(gòu)成了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)展最重要的關(guān)鍵才干之一。經(jīng)過(guò)運(yùn)用和開(kāi)展先進(jìn)的控制技術(shù),就有能夠不斷提高機(jī)器人的性能,這對(duì)于工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化性能的提高和本錢(qián)的降低是很有必要的。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)包括他們的供應(yīng)鏈?zhǔn)墙裉熘鲗?dǎo)客戶(hù)forindustrial機(jī)器人結(jié)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)，2004。這意味著出自這種類(lèi)型的制造系統(tǒng)的要求很大程度上驅(qū)動(dòng)著機(jī)器人的開(kāi)展。所以,如今的大多數(shù)機(jī)器人,都順應(yīng)在非常猛烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下高容量柔性消費(fèi)的本錢(qián)敏感性。對(duì)機(jī)器人制造商來(lái)說(shuō)，對(duì)本錢(qián)、效

5、率、高可靠性和高消費(fèi)率的根本要求有必要做出很大的努力。而且,有必要使機(jī)器人控制與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的諸如運(yùn)用協(xié)議、通訊系統(tǒng)、I / O接口、PLC設(shè)備、用戶(hù)界面、工藝設(shè)備等相順應(yīng)，以到達(dá)不同機(jī)器人產(chǎn)品之間的最正確利用和最短的切換時(shí)間。(RIA及美國(guó)國(guó)家規(guī)范與技術(shù)研討院,2000年)。世界汽車(chē)工業(yè),將是上述陳說(shuō)觀念的騰飛點(diǎn)，完全機(jī)器人自動(dòng)化通常出如今汽車(chē)車(chē)身總成、鍛壓、油漆和涂料。發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力總成在某種程度上也實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)化(ABB-1,2003年)。這些運(yùn)用技術(shù)曾經(jīng)很好的建立起來(lái)，機(jī)器人的一些特征諸如安裝、編程、集成、維修、性能和功能被不斷完善。從控制的觀念來(lái)看, 這意味著對(duì)魯棒性，穩(wěn)定性和精

6、度方面的要求提高了。與此同時(shí)，本錢(qián)壓力意味著需求開(kāi)展少器具有更復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)模態(tài)和更大的動(dòng)態(tài)變化的剛性機(jī)械構(gòu)造的單獨(dú)機(jī)器人，而這種機(jī)器人必需由控制系統(tǒng)處置。圖1 . 多機(jī)器人控制需求高性能方式控 圖2 . 汽車(chē)傳動(dòng)系組件的裝配，如下圖的液力變制概念和有效的機(jī)器人的編程方法。 矩器就是機(jī)器人力控制有很大潛力的一個(gè)例子。再進(jìn)一步看汽車(chē)制造業(yè)自動(dòng)化程度的現(xiàn)狀，目前只需極少數(shù)的機(jī)器人用于最后的裝配。在這里，需求新的機(jī)器人技術(shù)和新的柔性自動(dòng)化處理方案來(lái)處置裝配義務(wù)的復(fù)雜性和產(chǎn)品的幾何外形多邊性。工業(yè)機(jī)器人未來(lái)面臨的一個(gè)宏大挑戰(zhàn)是為這種運(yùn)用技術(shù)開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)可行的處理方案,這種運(yùn)用技術(shù)中機(jī)器人控制需求滿(mǎn)足更直

7、觀,更互動(dòng)的幾何公差、外形公差。這個(gè)方向的一項(xiàng)突破會(huì)掀起大范圍的工業(yè)運(yùn)用機(jī)器人學(xué)的一股新浪潮，雖然這些在今天看來(lái)是不現(xiàn)實(shí)的。然而,在討論未來(lái)機(jī)器人的控制技術(shù)之前,先給出目前主要工業(yè)機(jī)器人控制的開(kāi)展一些例子。然后對(duì)機(jī)器人開(kāi)展的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)展討論,并在此根底上概述未來(lái)開(kāi)展的情景。2. 目前的工業(yè)機(jī)器人控制的開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人的一種開(kāi)展趨勢(shì)是時(shí)髦工業(yè)機(jī)器人，這通常源于汽車(chē)工業(yè)提出的新消費(fèi)概念。目前流行的一個(gè)例子是多機(jī)器人控制以及由幾個(gè)機(jī)器人制造商提出的不同處理方案，雖然這幾年來(lái)一些制造商曾經(jīng)將他們作為本人的商品供應(yīng)(布雷丁，2005)。在工業(yè)上采用多機(jī)器人控制的主要緣由是經(jīng)過(guò)讓機(jī)器人并行任務(wù)以降低消費(fèi)本錢(qián)，

8、尤其對(duì)電弧焊這種低速的過(guò)程而言。其他益處是，幾個(gè)機(jī)器人由一個(gè)控制器控制，就可以節(jié)省占地面積、改善防止碰撞性能、減少周期時(shí)間。在電弧焊接時(shí), 同時(shí)從不同的方向?qū)σ粯拥膶?duì)象進(jìn)展焊接，跟有能夠到達(dá)焊接熱量的平衡分布。通常的一種安裝就是運(yùn)用兩個(gè)或更多的機(jī)器人在同一個(gè)工件焊接，該工件由一個(gè)或兩個(gè)自在度的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)。對(duì)于更高的靈敏性，工件也可以由一個(gè)機(jī)器人夾持(圖1)，另一個(gè)機(jī)器人夾持被焊接的部件。汽車(chē)工業(yè)也希望經(jīng)過(guò)改善在一個(gè)共同的機(jī)器人車(chē)體上機(jī)器人組織的協(xié)同性，來(lái)降低點(diǎn)焊機(jī)器人的循環(huán)時(shí)間。開(kāi)展多機(jī)器人控制系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)很困難的控制實(shí)例就是如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化伺服參考的準(zhǔn)確定時(shí)以及協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)的動(dòng)作、異常處置和缺

9、點(diǎn)恢復(fù)的平滑的過(guò)渡。當(dāng)一大群機(jī)器人任務(wù)在一個(gè)大型消費(fèi)線任務(wù)時(shí)也有這個(gè)問(wèn)題，就是如何動(dòng)態(tài)地給機(jī)器人和集群機(jī)器人分配義務(wù)以到達(dá)最優(yōu)消費(fèi)率。同時(shí),必需留意到collabor -ating機(jī)器人比獨(dú)身的機(jī)器人更難于編程，因此離線編程機(jī)器人和細(xì)胞模型更有積極性。另外一個(gè)問(wèn)題是協(xié)作機(jī)器人安裝的準(zhǔn)確度。由于串聯(lián)運(yùn)動(dòng)鏈需求被控制，比起單個(gè)機(jī)器人安裝，伺服回路及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型錯(cuò)誤將給工具和工件之間產(chǎn)生更大的姿態(tài)偏向。因此, 多機(jī)器人控制的開(kāi)展會(huì)刺激器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型以及機(jī)器人的伺服性能的進(jìn)一步改善和提高。多機(jī)器人控制是需求相關(guān)的是開(kāi)發(fā)機(jī)器人具有很高的承載力的要求ABB公司- 2，2001。例如

10、,汽車(chē)車(chē)身的部分地域。負(fù)荷達(dá)500公斤機(jī)器人曾經(jīng)著手開(kāi)發(fā)。一重負(fù)荷處置機(jī)器人擁有與車(chē)身零件夾具而其他機(jī)器人那么沒(méi)有，例如，點(diǎn)或弧焊接機(jī)器人。這種自動(dòng)化處理方案的動(dòng)力用機(jī)器人取代單一的目的運(yùn)輸系統(tǒng)產(chǎn)生的更高靈敏性。除了多機(jī)器人這種控制方面，向更高的負(fù)載才干開(kāi)展導(dǎo)致降低機(jī)械機(jī)器人固有頻率和添加準(zhǔn)確模型和控制機(jī)器人的構(gòu)造。另一種流行的開(kāi)展方向是朝著在機(jī)器人安裝新的平安安排ESALAN系統(tǒng)，2006年。一個(gè)短期的動(dòng)機(jī)用平安軟件的限制替代電氣和機(jī)械的任務(wù)范圍限制的能夠性，這使得它更廉價(jià)，更快速地配置一個(gè)機(jī)器人單元。此外,一個(gè)機(jī)器人單元平安柵欄，更有效的順應(yīng)任務(wù)空間的局限性,這將節(jié)省占地面積在車(chē)間。也有一

11、些方案,開(kāi)展為人類(lèi)與機(jī)器人之間的平安直接協(xié)作的新概念Schraft，梅耶，Parlitz，與赫爾姆斯，2005年。對(duì)這種協(xié)作運(yùn)用的例子包括資料處置，機(jī)械維護(hù)，康波，新界東北轉(zhuǎn)移和裝配。為了提高機(jī)器人人機(jī)協(xié)作的平安程度，對(duì)硬件和軟件的冗余機(jī)器人的平安監(jiān)視程度的添加，例如，經(jīng)過(guò)兩個(gè)通道的丈量系統(tǒng)和缺點(diǎn)平安總線和I / O系統(tǒng)。所需的冗余當(dāng)然可以在許多方面得到它，但同時(shí)重要的是不能添加添加的本錢(qián)超越它的冗余功能可接受的運(yùn)用。一個(gè)控制方面的新平安觀念是如何利用曾經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了機(jī)器人的實(shí)時(shí)模型在機(jī)器人控制器來(lái)獲得一種足夠敏感但沒(méi)有給予太多的假警報(bào)缺點(diǎn)檢測(cè)。同樣重要的是可以監(jiān)視平安功能確實(shí)有效，當(dāng)緊急情況發(fā)生。

12、例如,剎車(chē)和監(jiān)視功能的機(jī)器人必需循環(huán)測(cè)試。這種平安技術(shù)的不斷開(kāi)展，可以對(duì)未來(lái)人類(lèi)在更少的機(jī)器人構(gòu)造化的環(huán)境比在今天的機(jī)器人安裝所需求的人機(jī)協(xié)作的第一步。還有一個(gè)繼續(xù)的開(kāi)展方向,在運(yùn)用無(wú)線通訊技術(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn),(Katzel,2004年)。無(wú)線通訊最大的熱點(diǎn),是關(guān)于示教系統(tǒng)和控制器之間的溝通, 另外一個(gè)熱點(diǎn)就是機(jī)器人控制器和傳感器及工藝設(shè)備之間的無(wú)線通訊。弗雷，Endresen，Kreitz，Scheibe，2005年。測(cè)試設(shè)備的閱歷闡明，一個(gè)車(chē)間的環(huán)境通訊本身不是主要問(wèn)題，大問(wèn)題是關(guān)于平安的，,例如, 為平安的無(wú)線緊急事件的處置方法和機(jī)器人示教系統(tǒng)在日志中平安的選擇去發(fā)現(xiàn)新的概念。同時(shí)

13、也應(yīng)該指出由于大部分無(wú)線傳輸設(shè)備消費(fèi)市場(chǎng)消費(fèi)的，有能夠?qū)⑦@些安裝用作本錢(qián)低的機(jī)器人控制器用戶(hù)界面德安杰洛和Corke，2001年。在機(jī)器人控制的開(kāi)展前景,新平安機(jī)制的無(wú)線傳輸、無(wú)線編程設(shè)備和無(wú)線傳感器和執(zhí)行器的自診斷都將是重要的方面。近幾年有一個(gè)傳感器類(lèi)型引起工業(yè)留意力添加是六自在度(自在度)力/力矩傳感器ATI蘇達(dá)權(quán)等,2006)。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，雖然機(jī)器人制造商已能將機(jī)器人進(jìn)展力的控制，尚未有廣泛的利用這個(gè)功能。運(yùn)用場(chǎng)所的實(shí)例就是用六維指尖力/力矩傳感器來(lái)控制的工業(yè)機(jī)器人研磨，去毛刺，去毛刺，研磨，拋光，測(cè)試和組裝。在資料去除的運(yùn)用，力傳感器為根底的控制優(yōu)點(diǎn)是工藝質(zhì)量較高，容易校準(zhǔn)過(guò)程質(zhì)

14、量和對(duì)夾具和夾持器的準(zhǔn)確度要求降低皮雷，沖壓，勞赫，Arau喬，2002年用于裝配的優(yōu)點(diǎn)是縮短工期、減少?zèng)_擊力，減少風(fēng)險(xiǎn)的干擾，楔入和擦傷張，Zhongxue，Broga桉木RDH，王和伊薩克森，2004。在力傳感器的運(yùn)用為根底的控制運(yùn)用中，手任務(wù)業(yè)與惡劣的任務(wù)條件、發(fā)安康風(fēng)險(xiǎn)是引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)的緣由。為了添加運(yùn)用力傳感器控制的機(jī)器人的運(yùn)用，編程和調(diào)試方法需求進(jìn)一步開(kāi)展，工藝參數(shù)的規(guī)范設(shè)置和低本錢(qián)力傳感器應(yīng)加以開(kāi)展?？焖僭鲩L(zhǎng)的運(yùn)用技術(shù)能夠在世界汽車(chē)工業(yè)中還有傳動(dòng)鏈組件裝配中被發(fā)現(xiàn),例如, 插入軸，花鍵與液力變矩器匹配的安裝(圖2)。由于力和扭矩傳感將在未來(lái)的人類(lèi)與機(jī)器人協(xié)作中不可短少，正在開(kāi)展的

15、力/力矩傳感器控制，如何整合該技術(shù)到機(jī)械手系統(tǒng)的協(xié)作顯得非常重要。圖3 . 利用計(jì)算機(jī)軟件、觸摸屏、高效的運(yùn)用開(kāi)發(fā)工具、教學(xué)吊墜，同時(shí)也是一種通用的圖形用戶(hù)界面安裝和一個(gè)專(zhuān)門(mén)的機(jī)器人編程器和操作工具。正如對(duì)力的控制，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)曾經(jīng)運(yùn)用了很長(zhǎng)時(shí)間了，但沒(méi)有找到任何制造業(yè)機(jī)器人大量運(yùn)用的情況。緣由之一就是短少了在一個(gè)典型的任務(wù)間環(huán)境下的二維視覺(jué)系統(tǒng)較強(qiáng)的魯棒性, 控制機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)主要用于在攝像機(jī)的場(chǎng)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(chǎng)上運(yùn)用三維視覺(jué)的產(chǎn)品是盡能夠地提高機(jī)器人的視覺(jué)魯棒性和系統(tǒng)的處理方案,從而能充分提高靈敏

16、性,例如, 資料處置，機(jī)械維護(hù)和裝配(Braintech-ref,2006)。甚至如今抓取工件技術(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(jué)技術(shù)校準(zhǔn)工具、任務(wù)對(duì)象、夾具和其他機(jī)器人部件的能夠性。三維視覺(jué)的主要開(kāi)展當(dāng)然與特征提取和其他的計(jì)算機(jī)視覺(jué)問(wèn)題相關(guān)聯(lián)，機(jī)器人控制來(lái)設(shè)計(jì)高性能的視覺(jué)界面Lippiello，西西利亞諾，維拉尼，2005。與三維視覺(jué)相關(guān)的是激光跟蹤傳感器技術(shù),主要用于控制任務(wù)對(duì)象位置不能得到保證的電弧焊接的途徑的控制Servorobot，2006這些傳感器類(lèi)型曾經(jīng)運(yùn)用了很長(zhǎng)時(shí)間,但有一種走向全三維丈量的趨勢(shì), 例如,經(jīng)過(guò)在

17、三角丈量為根底的跟蹤傳感器中引入一種以上的掃描線條。同樣的開(kāi)展趨勢(shì)也存在于由機(jī)器人進(jìn)展檢查光學(xué)丈量系統(tǒng)中，例如,汽車(chē)車(chē)身和汽車(chē)子組件。對(duì)于跟蹤傳感器，優(yōu)化運(yùn)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，為了能在丈量數(shù)據(jù)缺乏的情況下可以處置并且從進(jìn)程失敗中能進(jìn)展有效的恢復(fù)。從一個(gè)更長(zhǎng)的角度來(lái)看，搬運(yùn)，裝配，跟蹤，檢查，校正，三維視覺(jué)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(lái)說(shuō)它能夠激發(fā)在伺服回路方面某些機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)采用三維視覺(jué)技術(shù)。其他正在進(jìn)展的機(jī)器人技術(shù)的提高涉及到機(jī)器人的控制器用戶(hù)運(yùn)用界面，其目的是使機(jī)器人編程，操作和維護(hù)簡(jiǎn)單，雖然機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷添加?；跈C(jī)器人動(dòng)作和行動(dòng)

18、的圖形表示的精靈般的循序漸進(jìn)的概念也在教學(xué)吊墜上運(yùn)用圖3; ABB公司- 4，2006，現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人仿真接口實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人編程程度(RRS, 2006)，過(guò)程建模工具的開(kāi)發(fā)以簡(jiǎn)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，消費(fèi)數(shù)據(jù)的優(yōu)化、監(jiān)測(cè)、預(yù)防性維護(hù)和缺點(diǎn)隔離等的遠(yuǎn)程自動(dòng)化采集將進(jìn)一步開(kāi)展。缺點(diǎn)隔離基于從伺服回路傳感器，特殊監(jiān)管傳感器，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電流和電壓高低、運(yùn)用了觀測(cè)概念說(shuō)我虛擬傳感器傳回來(lái)的數(shù)據(jù)。這種開(kāi)展一定會(huì)繼續(xù)，在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)方式運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器人等待著會(huì)更多的用于缺點(diǎn)檢測(cè)、缺點(diǎn)隔離與診斷,基

19、于剩余的生成和系統(tǒng)辨識(shí)方法(Mattone& De Luca, 2003; Ostring, 2002)。方式控制(Sciavicco & Siciliano,2000) 在機(jī)器人學(xué)被以為是非常重要的，以滿(mǎn)足對(duì)性能的改良和本錢(qián)的降低這一對(duì)矛盾的要求圖4。不斷的開(kāi)展的方向是更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，更復(fù)雜的多輸入多輸出MIMO控制方案，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型參數(shù)變化更大大，日益添加噪音和干擾，較低的特征頻率機(jī)和擴(kuò)展化得非線形性的數(shù)量更大。即使一切的這些方面都做了很多學(xué)術(shù)研討，大量的運(yùn)用研討需求進(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)一步開(kāi)展攜手并進(jìn)的是采用虛擬原型機(jī)來(lái)提高性能/本錢(qián)

20、比、降低了開(kāi)發(fā)本錢(qián)、并能縮短產(chǎn)品周期的于模型的設(shè)計(jì)的重要開(kāi)展(Pettersson,2005)。非常重要的那么是由機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)器人控制專(zhuān)家組成的機(jī)電一體化團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)方法。3、未來(lái)工業(yè)機(jī)器人控制開(kāi)展驅(qū)動(dòng)力跟一切其他工業(yè)產(chǎn)品一樣，由機(jī)器人的開(kāi)展主要是其用戶(hù)的需求所支配。然而, 就其用途廣泛而言機(jī)器人也非常獨(dú)特,這意味著機(jī)器人技術(shù)要向著不同的自動(dòng)化和不同的用途的大范圍的要求去開(kāi)展(機(jī)器人制造商聯(lián)絡(luò),2006)。從運(yùn)用需求出發(fā)，需求妥善處置新工藝產(chǎn)生的要求和改良傳統(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(guò)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，平板電視屏幕的處置和金屬板材變

21、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，丈量和裝配等等。有時(shí)機(jī)器人自動(dòng)化會(huì)變得很受歡迎對(duì)于一個(gè)特定的圖4 . 由一個(gè)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(dòng)力學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用或資料的制造商來(lái)說(shuō),例如，塑料行業(yè)目前非常盼望運(yùn)用機(jī)器人。從客戶(hù)驅(qū)動(dòng)的要求來(lái)看，根本要求當(dāng)然以降低消費(fèi)本錢(qián)、提高最終產(chǎn)質(zhì)量量同時(shí)新的自動(dòng)化概念不時(shí)的試圖獲得產(chǎn)量的顯著添加。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，準(zhǔn)確的離線編程機(jī)器人，靈敏的框架機(jī)器人，傳感器控制的機(jī)器人和平安機(jī)器人。與此同時(shí),還需求提

22、高的是延續(xù)的靈敏性,提高機(jī)器人的運(yùn)用可靠性,改善勞動(dòng)條件,降低壽命周期本錢(qián),使安裝、系統(tǒng)集成、編程和維護(hù)容易、以提高性能(圖5)。一切這些需求驅(qū)使著機(jī)器人制造商不斷添加更大的綜合性開(kāi)發(fā)工程，開(kāi)發(fā)新一代的產(chǎn)品和新產(chǎn)品的概念。圖5 . 為了滿(mǎn)足機(jī)器人離線編程對(duì)機(jī)器人精度日益增長(zhǎng)的要求，運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性靜力學(xué)辨識(shí)和補(bǔ)償方法不斷準(zhǔn)確化，今天0.5毫米的體積精度甚至一個(gè)大型的機(jī)器人上也可以到達(dá)。與此同時(shí)，由于用戶(hù)運(yùn)用需求的拉動(dòng)當(dāng)然有技術(shù)迫使制造商在其他更大的產(chǎn)品領(lǐng)域利用機(jī)器人的最新技術(shù)成果。因此，PC領(lǐng)域硬件和軟件兩個(gè)方面的開(kāi)展都會(huì)對(duì)機(jī)器人控制器開(kāi)展產(chǎn)生很大的影響，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)的努力電信領(lǐng)域。軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)

23、的本錢(qián)不斷添加，一個(gè)很長(zhǎng)的軟件壽命時(shí)間是如此的重要，這意味著,例如,新的高效的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和可擴(kuò)展的系統(tǒng)體系構(gòu)造的新概念、開(kāi)放的接口和com - munication概念都是機(jī)器人控制器的開(kāi)展重要的推進(jìn)力。雖然在機(jī)器人技術(shù)開(kāi)展最快的出如今在控制器方面，同時(shí)也存在著一些機(jī)電技術(shù)推進(jìn)一面。更有效、更大的緊湊齒輪箱、更符合本錢(qián)效益的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、更廉價(jià)的碳復(fù)合資料和更先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。在長(zhǎng)期的角度來(lái)看, 對(duì)汽車(chē)工業(yè)及其次級(jí)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，機(jī)器人一定是有一個(gè)繼續(xù)開(kāi)展。在這里能夠發(fā)生的是燃料價(jià)錢(qián)上升，污染和其他環(huán)境問(wèn)題將使得有必要建立更小、更高效的輕型車(chē)運(yùn)用，例如，與燃料電池相結(jié)合的電力驅(qū)動(dòng)。然后，問(wèn)題

24、就是這將如何改動(dòng)對(duì)制造系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人的需求。一種能夠性是，現(xiàn)場(chǎng)的汽車(chē)車(chē)身點(diǎn)焊將被替待，例如，激光焊接和金屬零件，鉚接焊接神戶(hù)，2001年，粘合和布羅西斯，2006復(fù)合資料部件的精加工。這就意味著具有更高準(zhǔn)確度和剛度的更小、更輕的機(jī)器人將有更大的需求。假設(shè)電力驅(qū)動(dòng)和燃料電池將被普遍運(yùn)用，那么新的運(yùn)用將會(huì)出現(xiàn)，能夠?qū)C(jī)器人的準(zhǔn)確度和短周期會(huì)有更高的要求。然而,由于大量的產(chǎn)品制造都是由一樣的很工業(yè)組織所完成,才使得制造汽車(chē)和汽車(chē)零部件的制造系統(tǒng)的根底設(shè)備構(gòu)造能夠會(huì)是一樣的。圖6 . 食品工業(yè)將成為未來(lái)機(jī)器人開(kāi)展的動(dòng)力之一。在這里，基于Delta 概念的并聯(lián)機(jī)器人FlexPicker，任務(wù)在一家

25、面包店。如在第1節(jié)指出了汽車(chē)制造業(yè)依然是勞動(dòng)密集型的的一個(gè)部分是最后組裝。今天將機(jī)器人技術(shù)用于裝配，問(wèn)題就出現(xiàn)了，幾何復(fù)雜性和任務(wù)對(duì)象的多變性，平安圍欄所需的空間與復(fù)雜的機(jī)器人編程和耗費(fèi)時(shí)間的缺點(diǎn)處置等等。只需很少的機(jī)器人設(shè)備可以很經(jīng)濟(jì)的運(yùn)用此技術(shù)，例如，上膠和車(chē)窗安裝。在這種特殊情況，安康風(fēng)險(xiǎn)是機(jī)器人引進(jìn)一個(gè)重要緣由。在重升降機(jī)中，任務(wù)條件刺激了引進(jìn)設(shè)備以協(xié)助完成。在這里,一個(gè)曾經(jīng)進(jìn)展了幾年的開(kāi)發(fā)工程就是開(kāi)發(fā)免受被動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)和伺服控制的起重工具。這些智能(IAD)輔助設(shè)備人們所感興趣的分別是他們的平安要求和操作者與IAD之間相互的力控制(Colgate, Peshkin, & Kloster

26、meyer, 2003)。然而，這種設(shè)備不能給出一種現(xiàn)實(shí)的自動(dòng)化處理方案并且這一概念不能開(kāi)展為一個(gè)完好的機(jī)器人化汽車(chē)裝配。相反，可以預(yù)期，汽車(chē)行業(yè)將推進(jìn)裝配機(jī)器人系統(tǒng)的新類(lèi)型的產(chǎn)生和柔性自動(dòng)化的根底設(shè)備構(gòu)造的的新類(lèi)型的產(chǎn)生。為了尋覓能夠推進(jìn)未來(lái)機(jī)器人的開(kāi)展的其他行業(yè)，一種能夠是看今天缺乏有效利用機(jī)器人做根底設(shè)備的制造系統(tǒng)。這里有一個(gè)時(shí)機(jī)，中小型企業(yè)自動(dòng)化的需求SMErobot，2005年。在這種環(huán)境下所需求的是易于安裝、配置、標(biāo)定、編程和維護(hù)的低本錢(qián)的平安機(jī)器人系統(tǒng)。這個(gè)運(yùn)用進(jìn)程將同那些用于今天的機(jī)器人一樣，其最大的挑戰(zhàn)將是開(kāi)發(fā)出發(fā)一個(gè)更低的機(jī)器人壽命周期本錢(qián)的機(jī)器人技術(shù)。今后運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人將

27、會(huì)有很多其他重要領(lǐng)域在這個(gè)開(kāi)展方向走更遠(yuǎn)的路。柔性自動(dòng)化實(shí)例諸如裝配、廢料處置分揀，肉類(lèi)食品切割、食品加工和處置的其他類(lèi)型圖6; Hamazawa，1999年、對(duì)消費(fèi)品的處置、飛機(jī)大部件的整機(jī)裝配零部件加工庫(kù)卡機(jī)器人，2005年、橋梁、建筑、船舶、火車(chē)、鐵路、電站、風(fēng)車(chē)等，大范圍的工藝義務(wù)。假設(shè)柔性機(jī)器人自動(dòng)化為這些類(lèi)型的運(yùn)用找到經(jīng)濟(jì)可行的處理方案, 工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)宏大的新市場(chǎng)對(duì)將會(huì)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人技術(shù)一個(gè)新方向開(kāi)展。從未來(lái)的新運(yùn)用進(jìn)程對(duì)機(jī)器人學(xué)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)看，提高了機(jī)器人的性能將非常重要。例如，眾所周知，臂式機(jī)器人制造和安裝比笛卡爾機(jī)器人本錢(qián)更低。然而,在頻寬、剛度、準(zhǔn)確性方面笛卡爾機(jī)械手可以遠(yuǎn)高

28、于一個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)器人,但是假設(shè)關(guān)節(jié)機(jī)器人的性能有了顯著的提高的話，關(guān)節(jié)機(jī)器人將占領(lǐng)從更昂貴的笛卡爾機(jī)械手大片的市場(chǎng)份額。其中運(yùn)用臂式工業(yè)機(jī)器人的例子是高性能激光切割，等離子切割裝配和機(jī)加工。既提高了機(jī)器人的性能和新的柔性自動(dòng)化的概念的一個(gè)例子就是鐵鑄件的補(bǔ)爐(Lauwers, Wallis, Haigh, & Sohald,2004)。在這種情況下，第三個(gè)方面也很重要，那就是是非常不安康的鑄造環(huán)境。思索到工人的安康問(wèn)題，未來(lái)一些其他的的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用例子可以找到。這樣的例子比如屠宰場(chǎng)，冷藏庫(kù)，玻璃加工商店，漁業(yè)和渣滓處置廠。圖7 . 電容式編碼器環(huán)(Hexagon Metrology)集成到ABB

29、 圖8 . 為了使機(jī)器人的編程更加簡(jiǎn)單，引導(dǎo)編程有望成為一機(jī)器人的機(jī)械手臂用于機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確的丈量。 個(gè)重要的技術(shù)。在這里，引導(dǎo)編程是用丈量臂銜接到機(jī) 器人的ABB TeachSaver編程軟件上。4、未來(lái)工業(yè)機(jī)器人控制的開(kāi)展前景雖然長(zhǎng)期開(kāi)展方向很難預(yù)測(cè)，一些前景還是能被勾勒出來(lái)，即在可觀測(cè)的機(jī)器人運(yùn)用情況的主要驅(qū)動(dòng)力的根底上怎樣做出一個(gè)合理的外推。由于汽車(chē)業(yè)是目前機(jī)器人開(kāi)展的主要?jiǎng)恿Γ虼丝匆豢椿诩す夂附?、鉚接、焊接、組裝、上膠等用的更準(zhǔn)確、剛性、快速和纖細(xì)的機(jī)器人替代大量的笨重的點(diǎn)焊機(jī)器人的這種更早的建議需求的汽車(chē)制造業(yè)前景是很相關(guān)的。假設(shè)運(yùn)用光纖、改良釔鋁石榴石(YAG) 激光科

30、技 (Rooks,2000年)和輕量級(jí)的焊接、鉚接、上膠設(shè)備等的技術(shù)，點(diǎn)焊機(jī)器人焊槍部分所接受的載荷將從根本上降低。這意味著,在不遠(yuǎn)未來(lái)會(huì)看到運(yùn)用集成化的執(zhí)行器處理方案、纖維復(fù)合資料等其他輕質(zhì)資料的擁有手腕和上臂概念的輕盈苗條的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景。即使一個(gè)輕量級(jí)的高速電機(jī)連同一個(gè)輕量級(jí)的大傳動(dòng)比的減速機(jī)很有能夠會(huì)變得比起如今運(yùn)用的較重的手腕驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更加的昂貴，由于主軸可配備具有較低功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及機(jī)器人的安裝可采用更小巧的框架構(gòu)造，機(jī)器人安裝能夠會(huì)變得更廉價(jià)。為了使苗條的輕量級(jí)機(jī)器人關(guān)于工具力的生硬，機(jī)器人控制能夠需求提供一個(gè)虛擬的剛度, ,對(duì)機(jī)器人的手臂有必要運(yùn)用傳感器構(gòu)造。傳感器的一些例子有可

31、選擇式振動(dòng)丈量電極來(lái)丈量角度和輸出軸的振動(dòng)的電容式編碼器圖7、關(guān)節(jié)力矩傳感器(Pfeffer, Khatib, & Hake, 1989)，加速度計(jì)(de Jager, 1994)、可以丈量臂的振動(dòng)應(yīng)變規(guī)(Feliu, Garca, & Somolinos,2001)。這些分布式傳感器然后以傳感器信息交融的方式被伺服系統(tǒng)運(yùn)用，基于控制器中運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)控制方式。在這種情況下重要的當(dāng)然是有準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)模型。工業(yè)機(jī)器人是一種強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，高達(dá)50質(zhì)量彈簧元素加上源自齒輪及其他傳動(dòng)組件的摩擦和空轉(zhuǎn)的非線性進(jìn)展建模。一個(gè)輕盈苗條的機(jī)器人概念還被用于汽車(chē)廠總裝線義務(wù)。在這種情況下，然而，必需也包括直觀的

32、編程人類(lèi)與機(jī)器人之間的直接接觸高效的缺點(diǎn)處置的能夠性，否那么自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)太復(fù)雜。因此，充分的平安是必要的，低挪動(dòng)質(zhì)量和柔順控制機(jī)器人的在這方面是很重要的(DLR, 2006; Hirzinger, Albu- Schaffer, Hahnle, Schaefer, & Sporer, 2001; Ogawa, Haniya, Okahisa, & Ichibangase, 2005; Zinn, Khatib, Roth, & Salisbury, 2004)。為了獲得高的平安程度，出于平安目的的傳感器虛擬剛度控制的利用將并不遙遠(yuǎn)。這可以經(jīng)過(guò)運(yùn)用丈量信號(hào)產(chǎn)生殘差和利用機(jī)器人控制冗余的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)六維指尖力/力矩傳感器或關(guān)節(jié)力矩傳感器用于人機(jī)互動(dòng), 會(huì)進(jìn)一步引進(jìn)冗