协作机器人技术的核心领域

2022-09-15 09:49

协作机器人产品相关技术可以分为三个核心领域,分别是感知、认知与结构,这 三个领域覆盖了现阶段的机器人产品在使用中的全过程,即从环境中感知到足够充分且准确的信息,通过处理这些信息形成对于所处环境及执行任务的合理认知,在给出相应方案后通过其结构机制进行精准且高效的作业。

(图源:集萃智造

目前几乎所有关于机器人技术的研发创新都围绕着如何增强三个领域的能力这一关键课题开展。而在协作机器人产品领域中,这三个领域的各类技术发展将体现在“安全性”、“易用性”以及“灵活性”上。

感知技术是机器人产品接受外部信息的方法手段,是实现机器人产品与人、 环境、设备间交互的核心技术领域之一。区别于传统工业机器人,由于通常协作机器人的使用环境更为复杂,与人互动的需求更高,如何使机器人产品在交互方面更符合人的自然交互习惯将成为行业技术发展的重要课题。

(图源:集萃智造)

这就意味将更多更新的技术融合在协作机器人产品的感知技术领域中,以便尽可能全面的接受信息。除了配置常规的力矩传感器、 激光传感器等产品技术外,赋予协作机器人产品视觉学习、自然语言识别等功能可实现多模态信息输入,也将极大的加强其交互能力。同时 5G 通信、边缘计算、 网络大数据、工业互联网等诸多新兴技术的应用普及也强化了协作机器人产品与 其他设备间信息交互能力,极大程度地拓宽了对外感知信息的径路。

此外由被动地接受信息向主动的寻求交互,在复杂动态环境下对知识进行主动获取、学习与 推理等也将成为感知技术领域技术发展趋势。 认知领域中目前最为明确的趋势便是与各类人工智能技术的紧密结合。而协 作机器人由于环境的复杂度及交互需求更高,这一趋势的体现将会尤为明显。协 作机器人在普及过程中的主要挑战将来自于自然交互、人机安全、环境适应、复 杂灵巧作业等方面,视觉学习、自然语言识别等自然交互所需技术到主动避障、柔性控制、协同作业、异常处理、自主规划、自动部署等技术, 作为核心的人工智能技术被运用在协作机器人产品作业的各个阶段中来增强智能化,以实现“安全”、“易用”及“灵活”。

研究面向复杂环境与复杂任 务的自主控制,辨识机器人的动力学行为、智能操控与环境之间的关系和影响规律,实现机器人灵巧作业与自主控制会是认知技术领域的主要研究方向。

与结构相关的技术研究中,集成化与动力学控制将是两个较为明确的课题方 向。在近年的国家重点研发计划中,关于“智能机器人”相关的技术领域高频出现,将结构与功能进行集成化设计,可基于单一结构,实现机器人整体运动、 抓取作业与环境适应等功能的技术。基于仿生原理的 刚-柔-软耦合机构设计、变刚度结构设计与优化、操作/感知一体的仿生灵巧机 构设计、刚-柔-软耦合机器人的运动学与动力学建模与控制等方法与技术将会是今后结构技术领域中的主要方向之一。

对于动力学进行研究的意义在于可以优化 效率提高性能,同时通过自身结构的动力学模型可以反向测算出更多有用物理量信息,来加强甚至取代一些传感器产品,从而进一步提升协作机器人产品的低成本优势,使更多柔性智能材料或技术的导入成为可能。此外,一方面工业场景中 协作机器人产品的应用导入需求日益扩大,另一方面目前的协作机器人产品在速度、刚度、负载等物理参数表现上又难以满足高要求的工业场景需求。这也就意 味着协作机器人的工业化也将会成为方向之一,也就是说除上述的一体化及变刚 性等研发方向外,今后针对强化各物理参数表现的研究会成为协作机器人结构相关技术研发趋势之一。


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