機(jī)器人控制發(fā)展的現(xiàn)狀與前景

1、HYPERLINK N:整理后.N:整理后.HYPERLINK N:整理后. t _parent更多資料請?jiān)L問.HYPERLINK E:還未拷貝企業(yè)治理進(jìn)展戰(zhàn)略(http:.)(.)HYPERLINK N:整理后.N:整理后.指導(dǎo)教師評定成績(五級制)：指導(dǎo)教師評定成績(五級制)：指導(dǎo)教師簽字：從工業(yè)的角度看機(jī)器人操縱進(jìn)展的現(xiàn)狀和前景ogy BrogrdhABB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：關(guān)于機(jī)器人制造商來講機(jī)器人操縱技術(shù)是一項(xiàng)核心競爭力。為了改善機(jī)器人性能、減小機(jī)器人成本和開發(fā)新的功能，機(jī)器人制

2、造商做了大量的研發(fā)工作。當(dāng)今，在這一進(jìn)展領(lǐng)域最引人注目的是多機(jī)器人操縱、安全操縱、力操縱、三維視覺、遠(yuǎn)程操縱機(jī)器人的監(jiān)督和無線通信等。目前人們正在研討受益于這些研發(fā)的技術(shù)應(yīng)用和機(jī)器人制造商所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。現(xiàn)時(shí)期，基于模型的操縱是工業(yè)機(jī)器人操縱的關(guān)鍵技術(shù)。盡管成本壓力致使機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)更加難以操縱，為了滿足更高的性能要求，操縱模型和操縱打算依舊越來越精確。能夠從某些領(lǐng)域找到機(jī)器人以后進(jìn)展的驅(qū)動力。這些領(lǐng)域包括汽車行業(yè)新的機(jī)器人技術(shù)，特不是在中小型企業(yè)、食品工業(yè)、鑄造廠等的最后組裝以及大型結(jié)構(gòu)的加工和裝配領(lǐng)域。在那個(gè)地點(diǎn)本文提出了以后機(jī)器人操縱進(jìn)展的一些情況。一種情況是，輕型機(jī)器人的概念可能對以

3、后汽車制造和中小型企業(yè)（SME）的自動化產(chǎn)生阻礙。如此的進(jìn)展可能導(dǎo)致模塊化機(jī)器人和在機(jī)器人臂結(jié)構(gòu)上使用傳感器的操縱方案的誕生。上面提到的這種傳感器也能夠用于冗余安全操縱的實(shí)現(xiàn)。高度模塊化機(jī)器人的引進(jìn)將增加機(jī)器人對安裝支持的需求，如此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進(jìn)展起來的一種新型的并行結(jié)構(gòu)機(jī)器人結(jié)構(gòu)。相關(guān)于機(jī)器人底座來講并行機(jī)器人結(jié)構(gòu)有專門大的工作空間。為進(jìn)一步有效地使用機(jī)器人,自適應(yīng)機(jī)器人方案就被提了出來，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)力分不得到了操縱優(yōu)化。上述陳述的要緊結(jié)論是:工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)展是在遠(yuǎn)離它的限制, 需要大量的

4、研究和開發(fā)來獲得一個(gè)工業(yè)機(jī)器人自動化更廣泛應(yīng)用。#2007愛思唯爾有限公司保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞:工業(yè)機(jī)器人,機(jī)器人操縱;操縱功能;操縱應(yīng)用簡介工業(yè)機(jī)器人進(jìn)展的特點(diǎn)是一個(gè)大范圍的多學(xué)科技術(shù)的融合。這些技術(shù)專門多都不是特定面向機(jī)器人的，能夠通過其他更廣泛的產(chǎn)品領(lǐng)域得到進(jìn)展。然而，機(jī)器人操縱，尤其是機(jī)器人運(yùn)動操縱，對不同的機(jī)器人產(chǎn)品相差專門大，同時(shí)構(gòu)成了對工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)展最重要的關(guān)鍵能力之一。通過應(yīng)用和進(jìn)展先進(jìn)的操縱技術(shù),就有可能不斷提高機(jī)器人的性能,這關(guān)于工業(yè)機(jī)器人自動化性能的提高和成本的降低是專門有必要的。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，汽車產(chǎn)業(yè)包括他們的供應(yīng)鏈?zhǔn)墙裉熘鲗?dǎo)客戶forindustrial機(jī)器人（聯(lián)合

5、國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會，2004）。這意味著出自這種類型的制造系統(tǒng)的要求專門大程度上驅(qū)動著機(jī)器人的進(jìn)展。因此,現(xiàn)在的大多數(shù)機(jī)器人,都適應(yīng)在特不激烈的競爭環(huán)境下高容量柔性生產(chǎn)的成本敏感性。對機(jī)器人制造商來講，對成本、效率、高可靠性和高生產(chǎn)率的差不多要求有必要做出專門大的努力。而且,有必要使機(jī)器人操縱與工廠自動化系統(tǒng)的諸如應(yīng)用協(xié)議、通訊系統(tǒng)、I / O接口、PLC設(shè)備、用戶界面、工藝設(shè)備等相適應(yīng)，以達(dá)到不同機(jī)器人產(chǎn)品之間的最佳利用和最短的切換時(shí)刻。(RIA及美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院,2000年)。世界汽車工業(yè),將是上述陳述觀點(diǎn)的騰飛點(diǎn)，完全機(jī)器人自動化通常出現(xiàn)在汽車車身總成、鍛壓、油漆和涂料。發(fā)動機(jī)和動

6、力總成在某種程度上也實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動化(ABB-1,2003年)。這些應(yīng)用技術(shù)差不多專門好的建立起來，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。從操縱的觀點(diǎn)來看, 這意味著對魯棒性，穩(wěn)定性和精度方面的要求提高了。與此同時(shí)，成本壓力意味著需要進(jìn)展少用具有更復(fù)雜的機(jī)械振動模態(tài)和更大的動態(tài)變化的剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)的單獨(dú)機(jī)器人，而這種機(jī)器人必須由操縱系統(tǒng)處理。圖1 . 多機(jī)器人操縱需要高性能模式控 圖2 . 汽車傳動系組件的裝配，如圖所示的液力變制概念和有效的機(jī)器人的編程方法。 矩器確實(shí)是機(jī)器人力操縱有專門大潛力的一個(gè)例子。再進(jìn)一步看汽車制造業(yè)自動化程度的現(xiàn)狀，目前只有極少數(shù)的機(jī)器人

7、用于最后的裝配。在那個(gè)地點(diǎn)，需要新的機(jī)器人技術(shù)和新的柔性自動化解決方案來處理裝配任務(wù)的復(fù)雜性和產(chǎn)品的幾何形狀多邊性。工業(yè)機(jī)器人今后面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)是為這種應(yīng)用技術(shù)開發(fā)出經(jīng)濟(jì)可行的解決方案,這種應(yīng)用技術(shù)中機(jī)器人操縱需要滿足更直觀,更互動的幾何公差、形狀公差。那個(gè)方向的一項(xiàng)突破會掀起大范圍的工業(yè)應(yīng)用機(jī)器人學(xué)的一股新浪潮，盡管這些在今天看來是不現(xiàn)實(shí)的。然而,在討論以后機(jī)器人的操縱技術(shù)之前,先給出目前要緊工業(yè)機(jī)器人操縱的進(jìn)展一些例子。然后對機(jī)器人進(jìn)展的驅(qū)動力進(jìn)行討論,并在此基礎(chǔ)上概述以后進(jìn)展的情景。2. 目前的工業(yè)機(jī)器人操縱的進(jìn)展工業(yè)機(jī)器人的一種進(jìn)展趨勢是時(shí)尚工業(yè)機(jī)器人，這通常源于汽車工業(yè)提出的新生

8、產(chǎn)概念。目前流行的一個(gè)例子是多機(jī)器人操縱以及由幾個(gè)機(jī)器人制造商提出的不同解決方案，盡管這幾年來一些制造商差不多將他們作為自己的商品供應(yīng)(布雷丁，2005)。在工業(yè)上采納多機(jī)器人操縱的要緊緣故是通過讓機(jī)器人并行工作以降低生產(chǎn)成本，尤其對電弧焊這種低速的過程而言。其他好處是，幾個(gè)機(jī)器人由一個(gè)操縱器操縱，就能夠節(jié)約占地面積、改善幸免碰撞性能、減少周期時(shí)刻。在電弧焊接時(shí), 同時(shí)從不同的方向?qū)ο嗤膶ο筮M(jìn)行焊接，跟有可能達(dá)到焊接熱量的均衡分布。通常的一種裝置確實(shí)是使用兩個(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)自由度的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)。關(guān)于更高的靈活性，工件也能夠由一個(gè)機(jī)器人夾持(圖1)，另一個(gè)機(jī)器

9、人夾持被焊接的部件。汽車工業(yè)也希望通過改善在一個(gè)共同的機(jī)器人車體上機(jī)器人組織的協(xié)同性，來降低點(diǎn)焊機(jī)器人的循環(huán)時(shí)刻。進(jìn)展多機(jī)器人操縱系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)專門困難的操縱實(shí)例確實(shí)是如何實(shí)現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化伺服參考的精確定時(shí)以及協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)的動作、異常處理和故障恢復(fù)的平滑的過渡。當(dāng)一大群機(jī)器人工作在一個(gè)大型生產(chǎn)線工作時(shí)也有那個(gè)問題，確實(shí)是如何動態(tài)地給機(jī)器人和集群機(jī)器人分配任務(wù)以達(dá)到最優(yōu)生產(chǎn)率。同時(shí),必須注意到collabor -ating機(jī)器人比單身的機(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)問題是合作機(jī)器人裝置的精確度。因?yàn)榇?lián)運(yùn)動鏈需要被操縱，比起單個(gè)機(jī)器人裝置，伺服回路及機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動

10、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)偏差。因此, 多機(jī)器人操縱的進(jìn)展會刺激器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(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)器人操縱是需求相關(guān)的是開發(fā)機(jī)器人具有專門高的承載力的要求（ABB公司- 2，2001）。例如,汽車車身的部分地區(qū)。負(fù)荷達(dá)500公斤機(jī)器人差不多著手開發(fā)。一重負(fù)荷處理機(jī)器人擁有與車身零件夾具而其他機(jī)器人則沒有，例如，點(diǎn)或弧焊接機(jī)器人。這種自動化解決方案的動力來自用機(jī)器人取代單一的目的運(yùn)輸系統(tǒng)產(chǎn)生的更高靈活性。除了多機(jī)器人這種操縱方面，向更高的負(fù)載能力進(jìn)展導(dǎo)致降低機(jī)械機(jī)器人固有頻率和增加精確模型和操縱機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。另一種流行的進(jìn)展方向是朝著在機(jī)器人安

11、裝新的安全安排（ESALAN系統(tǒng)，2006年）。一個(gè)短期的動機(jī)來自用安全軟件的限制替代電氣和機(jī)械的工作范圍限制的可能性，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)器人單元安全柵欄，更有效的適應(yīng)工作空間的局限性,這將節(jié)約占地面積在車間。也有一些打算,進(jìn)展為人類與機(jī)器人之間的安全直接合作的新概念（Schraft，梅耶，Parlitz，與赫爾姆斯，2005年）。對這種協(xié)作應(yīng)用的例子包括材料處理，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)合作的安全水平，對硬件和軟件的冗余機(jī)器人的安全監(jiān)督水平的增加，例如，通過兩個(gè)通道的測量系統(tǒng)和故障安全總線和I / O系統(tǒng)。所需的冗余因此能夠

12、在許多方面得到它，但同時(shí)重要的是不能增加增加的成本超過它的冗余功能可同意的應(yīng)用。一個(gè)操縱方面的新安全觀念是如何利用差不多運(yùn)行了機(jī)器人的實(shí)時(shí)模型在機(jī)器人操縱器來獲得一種足夠敏感但沒有給予太多的假警報(bào)故障檢測。同樣重要的是能夠監(jiān)督安全功能確實(shí)有效，當(dāng)緊急情況發(fā)生。例如,剎車和監(jiān)督功能的機(jī)器人必須循環(huán)測試。這種安全技術(shù)的不斷進(jìn)展，能夠?qū)σ院笕祟愒诟俚臋C(jī)器人結(jié)構(gòu)化的環(huán)境比在今天的機(jī)器人裝置所需要的人機(jī)協(xié)作的第一步。還有一個(gè)持續(xù)的進(jìn)展方向,在使用無線通信技術(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)能夠發(fā)覺,(Katzel,2004年)。無線通訊最大的熱點(diǎn),是關(guān)于示教系統(tǒng)和操縱器之間的溝通, 另外一個(gè)熱點(diǎn)確實(shí)是機(jī)器人操縱器和傳感器

13、及工藝設(shè)備之間的無線通信。（弗雷，Endresen，Kreitz，Scheibe，2005年）。測試設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)表明，一個(gè)車間的環(huán)境通信本身不是要緊問題，大問題是關(guān)于安全的，,例如, 為安全的無線緊急事件的處理方法和機(jī)器人示教系統(tǒng)在日志中安全的選擇去發(fā)覺新的概念。同時(shí)也應(yīng)該指出由于大部分無線傳輸設(shè)備消費(fèi)市場生產(chǎn)的，有可能將這些裝置用作成本低的機(jī)器人操縱器用戶界面（德安杰洛和Corke，2001年）。在機(jī)器人操縱的進(jìn)展前景,新安全機(jī)制的無線傳輸、無線編程設(shè)備和無線傳感器和執(zhí)行器的自診斷都將是重要的方面。近幾年有一個(gè)傳感器類型引起工業(yè)注意力增加是六自由度(自由度)力/力矩傳感器ATI蘇達(dá)權(quán)等,200

14、6)。專門長一段時(shí)刻以來，盡管機(jī)器人制造商已能將機(jī)器人進(jìn)行力的操縱，尚未有廣泛的利用那個(gè)功能。應(yīng)用場合的實(shí)例確實(shí)是用六維指尖力/力矩傳感器來操縱的工業(yè)機(jī)器人研磨，去毛刺，去毛刺，研磨，拋光，測試和組裝。在材料去除的應(yīng)用，力傳感器為基礎(chǔ)的操縱優(yōu)點(diǎn)是工藝質(zhì)量較高，容易校準(zhǔn)過程質(zhì)量和對夾具和夾持器的準(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、減少沖擊力，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）。在力傳感器的應(yīng)用為基礎(chǔ)的操縱應(yīng)用中，手工作業(yè)與惡劣的工作條件、發(fā)健康風(fēng)險(xiǎn)是引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)的緣故。為了增加使用力傳感

15、器操縱的機(jī)器人的應(yīng)用，編程和調(diào)試方法需要進(jìn)一步進(jìn)展，工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置和低成本力傳感器應(yīng)加以進(jìn)展?？焖僭鲩L的應(yīng)用技術(shù)可能在世界汽車工業(yè)中還有傳動鏈組件裝配中被發(fā)覺,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以后的人類與機(jī)器人合作中不可缺少，正在進(jìn)展的力/力矩傳感器操縱，如何整合該技術(shù)到機(jī)械手系統(tǒng)的協(xié)作顯得特不重要。圖3 . 利用計(jì)算機(jī)軟件、觸摸屏、高效的應(yīng)用開發(fā)工具、教學(xué)吊墜，同時(shí)也是一種通用的圖形用戶界面裝置和一個(gè)專門的機(jī)器人編程器和操作工具。正如對力的操縱，機(jī)器人視覺系統(tǒng)差不多使用了專門長時(shí)刻了，但沒有找到任何制造業(yè)機(jī)器人大量應(yīng)用的情況。緣故之一確實(shí)是缺少了在

16、一個(gè)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, 操縱機(jī)器人視覺系統(tǒng)要緊用于在攝像機(jī)的場景已專門確定，光線條件能夠操縱的條件下，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(Braintech-ref,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。三維視覺的要緊進(jìn)展因此與特征提取和其他的計(jì)算機(jī)視覺問

17、題相關(guān)聯(lián)，機(jī)器人操縱來設(shè)計(jì)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),要緊用于操縱工作對象位置不能得到保證的電弧焊接的路徑的操縱（Servorobot，2006）這些傳感器類型差不多使用了專門長時(shí)刻,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。同樣的進(jìn)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。關(guān)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)是專門重要的，為了能在測量數(shù)據(jù)缺乏的情況下能夠處理同時(shí)從進(jìn)程失敗中能進(jìn)行有效的恢復(fù)。從一個(gè)更長的角度來

18、看，搬運(yùn)，裝配，跟蹤，檢查，校正，三維視覺等概念能夠進(jìn)一步整合到機(jī)器人操縱器中，從性能的角度來講它可能激發(fā)在伺服回路方面某些機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)采納三維視覺技術(shù)。其他正在進(jìn)行的機(jī)器人技術(shù)的提高涉及到機(jī)器人的操縱器用戶應(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(shí)的機(jī)器人仿真接口實(shí)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），用于邏輯操縱和先進(jìn)的工藝和設(shè)備操縱

19、的PLC操縱功能集成到機(jī)器人操縱器中，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)一步進(jìn)展。故障隔離基于從伺服回路傳感器，專門監(jiān)管傳感器，驅(qū)動系統(tǒng)的電流和電壓高低、使用了觀測概念講我虛擬傳感器傳回來的數(shù)據(jù)。這種進(jìn)展一定會接著，在實(shí)時(shí)動態(tài)模式運(yùn)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(Mattone& De Luca, 2003; Ostring, 2002)。模式操縱(Sciavicco & Siciliano,2000) 在機(jī)器人學(xué)被認(rèn)為是特不重要的，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）。不斷的進(jìn)展的方向是更加復(fù)

20、雜的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，更復(fù)雜的多輸入多輸出（MIMO）操縱打算，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專門多學(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)器人的魯棒操縱。與基于模型操縱的進(jìn)一步進(jìn)展攜手并進(jìn)的是采納虛擬原型機(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(jì)的重要進(jìn)展(Pettersson,2005)。特不重要的則是由機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)器人操縱專家組成的機(jī)電一體化團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)方法。3、以后工業(yè)機(jī)器人操縱進(jìn)展驅(qū)動力跟所有其他工業(yè)產(chǎn)品一樣，由機(jī)器人的進(jìn)展要緊是其用戶的需要所支配。然而, 就

21、其用途廣泛而言機(jī)器人也十分獨(dú)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進(jìn)展(機(jī)器人制造商聯(lián)系,2006)。從應(yīng)用需求動身，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(shí)機(jī)器人自動化會變得專門受歡迎關(guān)于一個(gè)特定的圖4 . 由一個(gè)共同的操縱器操縱的機(jī)器人家族的基于模型操縱，能夠由可配置的剛體和彈性動力學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用或材

22、料的制造商來講,例如，塑料行業(yè)目前特不渴望使用機(jī)器人。從客戶驅(qū)動的要求來看，差不多要求因此以降低生產(chǎn)成本、提高最終產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)新的自動化概念不時(shí)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)器人操縱，精確的離線編程機(jī)器人，靈活的框架機(jī)器人，傳感器操縱的機(jī)器人和安全機(jī)器人。與此同時(shí),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(xiàng)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

23、日益增長的要求，運(yùn)動學(xué)和彈性靜力學(xué)辨識和補(bǔ)償方法不斷精確化，今天0.5毫米的體積精度甚至一個(gè)大型的機(jī)器人上也能夠達(dá)到。與此同時(shí)，由于用戶應(yīng)用需求的拉動因此有技術(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)方面的進(jìn)展都會對機(jī)器人操縱器進(jìn)展產(chǎn)生專門大的阻礙，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)的努力來自電信領(lǐng)域。軟件開發(fā)和維護(hù)的成本不斷增加，一個(gè)專門長的軟件壽命時(shí)刻是如此的重要，這意味著,例如,新的高效的軟件開發(fā)環(huán)境和可擴(kuò)展的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的新概念、開放的接口和com - munication概念差不多上機(jī)器人操縱器的進(jìn)展重要的推動力。盡管在機(jī)器人技術(shù)進(jìn)展最快的出現(xiàn)在在操縱器方面，同

24、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、更符合成本效益的電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)、更廉價(jià)的碳復(fù)合材料和更先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具。在長期的角度來看, 對汽車工業(yè)及其次級供應(yīng)商來講，機(jī)器人確信是有一個(gè)持續(xù)進(jìn)展。在那個(gè)地點(diǎn)可能發(fā)生的是燃料價(jià)格上升，污染和其他環(huán)境問題將使得有必要建立更小、更高效的輕型車使用，例如，與燃料電池相結(jié)合的電力驅(qū)動。然后，問題確實(shí)是這將如何改變對制造系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人的需求。一種可能性是，現(xiàn)場的汽車車身點(diǎn)焊將被替待，例如，激光焊接和金屬零件，鉚接焊接（神戶，2001年），粘合和（布羅西斯，2006）復(fù)合材料部件的精加工。這就意味著具有更高精確度和剛度的更小、更輕的機(jī)器人

25、將有更大的需要。假如電力驅(qū)動和燃料電池將被普遍使用，那么新的應(yīng)用將會出現(xiàn)，可能對機(jī)器人的精確度和短周期會有更高的要求。然而,因?yàn)榇罅康漠a(chǎn)品制造差不多上由相同的專門工業(yè)組織所完成,才使得制造汽車和汽車零部件的制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)可能會是一樣的。圖6 . 食品工業(yè)將成為以后機(jī)器人進(jìn)展的動力之一。在那個(gè)地點(diǎn)，基于Delta 概念的并聯(lián)機(jī)器人FlexPicker，工作在一家面包店。如在第1節(jié)指出了汽車制造業(yè)仍然是勞動密集型的的一個(gè)部分是最后組裝。今天將機(jī)器人技術(shù)用于裝配，問題就出現(xiàn)了，幾何復(fù)雜性和工作對象的多變性，安全圍欄所需的空間與復(fù)雜的機(jī)器人編程和耗費(fèi)時(shí)刻的故障處理等等。只有專門少的機(jī)器人設(shè)備能

26、夠?qū)ｉT經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用此技術(shù)，例如，上膠和車窗安裝。在這種專門情況，健康風(fēng)險(xiǎn)是機(jī)器人引進(jìn)一個(gè)重要緣故。在重升降機(jī)中，工作條件刺激了引進(jìn)設(shè)備以協(xié)助完成。在那個(gè)地點(diǎn),一個(gè)差不多進(jìn)行了幾年的開發(fā)項(xiàng)目確實(shí)是開發(fā)免受被動機(jī)械系統(tǒng)和伺服操縱的起重工具。這些智能(IAD)輔助設(shè)備人們所感興趣的分不是他們的安全要求和操作者與IAD之間相互的力操縱(Colgate, Peshkin, & Klostermeyer, 2003)。然而，這種設(shè)備不能給出一種現(xiàn)實(shí)的自動化解決方案同時(shí)這一概念不能進(jìn)展為一個(gè)完整的機(jī)器人化汽車裝配。相反，能夠預(yù)期，汽車行業(yè)將推動裝配機(jī)器人系統(tǒng)的新類型的產(chǎn)生和柔性自動化的基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的的新類型的

27、產(chǎn)生。為了查找可能推動以后機(jī)器人的進(jìn)展的其他行業(yè)，一種可能是看今天缺乏有效利用機(jī)器人做基礎(chǔ)設(shè)施的制造系統(tǒng)。那個(gè)地點(diǎn)有一個(gè)機(jī)會，中小型企業(yè)自動化的需要（SMErobot，2005年）。在這種環(huán)境下所需要的是易于安裝、配置、標(biāo)定、編程和維護(hù)的低成本的安全機(jī)器人系統(tǒng)。那個(gè)應(yīng)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)將是開發(fā)動身一個(gè)更低的機(jī)器人壽命周期成本的機(jī)器人技術(shù)。今后使用工業(yè)機(jī)器人將會有專門多其他重要領(lǐng)域在那個(gè)進(jìn)展方向走更遠(yuǎn)的路。柔性自動化實(shí)例諸如拆卸、廢料處理分揀，肉類食品切割、食品加工和處理的其他類型（圖6; Hamazawa，1999年）、對消費(fèi)品的處理、飛機(jī)大部件的整機(jī)裝配零部件加

28、工（庫卡機(jī)器人，2005年）、橋梁、建筑、船舶、火車、鐵路、電站、風(fēng)車等，大范圍的工藝任務(wù)。假如柔性機(jī)器人自動化為這些類型的應(yīng)用找到經(jīng)濟(jì)可行的解決方案, 工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)巨大的新市場對將會驅(qū)動機(jī)器人技術(shù)一個(gè)新方向進(jìn)展。從來自以后的新應(yīng)用進(jìn)程對機(jī)器人學(xué)的驅(qū)動力來看，提高了機(jī)器人的性能將特不重要。例如，眾所周知，臂式機(jī)器人制造和安裝比笛卡爾機(jī)器人成本更低。然而,在頻寬、剛度、準(zhǔn)確性方面笛卡爾機(jī)械手能夠遠(yuǎn)高于一個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)器人,然而假如關(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)器人將占據(jù)從更昂貴的笛卡爾機(jī)械手大片的市場份額。其中應(yīng)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)

29、器人的性能和新的柔性自動化的概念的一個(gè)例子確實(shí)是鐵鑄件的補(bǔ)爐(Lauwers, Wallis, Haigh, & Sohald,2004)。在這種情況下，第三個(gè)方面也專門重要，那確實(shí)是是特不不健康的鑄造環(huán)境?？紤]到工人的健康問題，以后一些其他的的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用例子能夠找到。如此的例子比如屠宰場，冷藏庫，玻璃加工商店，漁業(yè)和垃圾處理廠。圖7 . 電容式編碼器環(huán)(Hexagon Metrology)集成到ABB 圖8 . 為了使機(jī)器人的編程更加簡單，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)動精確的測量。 個(gè)重要的技術(shù)。在那個(gè)地點(diǎn)，引導(dǎo)編程是用測量臂連接到機(jī) 器人的ABB TeachSa

30、ver編程軟件上。4、以后工業(yè)機(jī)器人操縱的進(jìn)展前景盡管長期進(jìn)展方向?qū)ｉT難預(yù)測，一些前景依舊能被勾勒出來，即在可觀測的機(jī)器人應(yīng)用情況的要緊驅(qū)動力的基礎(chǔ)上如何樣做出一個(gè)合理的外推。由于汽車業(yè)是目前機(jī)器人進(jìn)展的要緊動力，因此看一看基于激光焊接、鉚接、焊接、組裝、上膠等用的更精確、剛性、快速和纖細(xì)的機(jī)器人代替大量的笨重的點(diǎn)焊機(jī)器人的這種更早的建議需求的汽車制造業(yè)前景是專門相關(guān)的。假如使用光纖、改進(jìn)釔鋁石榴石(YAG) 激光科技 (Rooks,2000年)和輕量級的焊接、鉚接、上膠設(shè)備等的技術(shù)，點(diǎn)焊機(jī)器人焊槍部分所承受的載荷將從全然上降低。這意味著,在不遠(yuǎn)今后會看到使用集成化的執(zhí)行器解決方案、纖維復(fù)合材

31、料等其他輕質(zhì)材料的擁有手腕和上臂概念的輕快苗條的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)場景。即使一個(gè)輕量級的高速電機(jī)連同一個(gè)輕量級的大傳動比的減速機(jī)專門有可能會變得比起現(xiàn)在使用的較重的手腕驅(qū)動系統(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)器人的安裝可采納更小巧的框架結(jié)構(gòu)，機(jī)器人裝置可能會變得更廉價(jià)。為了使苗條的輕量級機(jī)器人關(guān)于工具力的僵硬，機(jī)器人操縱可能需要提供一個(gè)虛擬的剛度, ,對機(jī)器人的手臂有必要使用傳感器結(jié)構(gòu)。傳感器的一些例子有可選擇式振動測量電極來測量角度和輸出軸的振動的電容式編碼器（圖7）、關(guān)節(jié)力矩傳感器(Pfeffer, Khatib, & Hake, 1989)，加速度計(jì)(de Jager, 19

32、94)、能夠測量臂的振動應(yīng)變規(guī)(Feliu, Garca, & Somolinos,2001)。這些分布式傳感器然后以傳感器信息融合的方式被伺服系統(tǒng)使用，基于操縱器中運(yùn)行的實(shí)時(shí)操縱模式。在這種情況下重要的因此是有準(zhǔn)確的動態(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組件的摩擦和空轉(zhuǎn)的非線性進(jìn)行建模。一個(gè)輕快苗條的機(jī)器人概念還被用于汽車廠總裝線任務(wù)。在這種情況下，然而，必須也包括直觀的編程人類與機(jī)器人之間的直接接觸高效的故障處理的可能性，否則自動化系統(tǒng)將會太復(fù)雜。因此，充分的安全是必要的，低移動質(zhì)量和柔順操縱機(jī)器人的在這方面是專門重要的(DLR, 2006; Hirzinger, Albu- Schaffer, Hahnle, Schaefer, & Sporer, 2001; Ogawa, Haniya, Okahisa, & Ichibangase, 2005; Zinn, Khatib, Roth, & Salisbury, 2004)。為了獲得高的安全水平，出于安全目的的傳感器虛擬剛度操縱的利用將并不遙遠(yuǎn)。這能夠通過使用測量信號產(chǎn)生殘差和利用機(jī)器人操縱冗余的檢測來實(shí)現(xiàn)。假如六維指尖力/力矩傳感器