機器人控制發(fā)展的現(xiàn)狀與前景

1、 HYPERLINK ./ HYPERLINK ./ 更多資料請請訪問.HYPERLINK E:還還未拷貝貝企企業(yè)管理理發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略略(htttp:.)(.) HYPERLINK ./ 指導教師評定成績(五級制)：指導教師簽字：指導教師評定成績(五級制)：指導教師簽字：從工業(yè)的角角度看機器器人控制制發(fā)展的的現(xiàn)狀和和前景ogny BroogrdhhABB機器器人、SSE-7721steera 68 Va瑞典2006年年10月5日投稿稿2007年年1月14日發(fā)發(fā)表2007年年5月4日網(wǎng)上刊刊登摘要：對于機器人人制造商商來說機機器人控控制技術(shù)術(shù)是一項項核心競競爭力。為為了改善善機器人人性能、減減小機器

2、器人成本本和開發(fā)發(fā)新的功功能，機機器人制制造商做做了大量量的研發(fā)發(fā)工作。當當今，在在這一發(fā)發(fā)展領(lǐng)域域最引人人注目的的是多機機器人控控制、安安全控制制、力控控制、三三維視覺覺、遠程程控制機機器人的的監(jiān)督和和無線通通信等。目目前人們們正在研研討受益益于這些些研發(fā)的的技術(shù)應應用和機機器人制制造商所所面臨的的技術(shù)挑挑戰(zhàn)。現(xiàn)現(xiàn)階段，基于模型的控制是工業(yè)機器人控制的關(guān)鍵技術(shù)。盡管成本壓力致使機器人機械結(jié)構(gòu)更加難以控制，為了滿足更高的性能要求，控制模型和控制計劃還是越來越精確。可以從某些領(lǐng)域找到機器人未來發(fā)展的驅(qū)動力。這些領(lǐng)域包括汽車行業(yè)新的機器人技術(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

3、型結(jié)構(gòu)的加工和裝配領(lǐng)域。在這里本文提出了未來機器人控制發(fā)展的一些情況。一種情況是，輕型機器人的概念可能對未來汽車制造和中小型企業(yè)（SME）的自動化產(chǎn)生影響。這樣的發(fā)展可能導致模塊化機器人和在機器人臂結(jié)構(gòu)上使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安全控制的實現(xiàn)。高度模塊化機器人的引進將增加機器人對安裝支持的需求，這樣就使得即插即用功能變得更為重要。獲得高度模塊化機器人的一種途徑是利用近年來發(fā)展起來的一種新型的并行結(jié)構(gòu)機器人結(jié)構(gòu)。相對于機器人底座來說并行機器人結(jié)構(gòu)有很大的工作空間。為進一步有效地使用機器人,自適應機器人方案就被提了出來，這意味著機器人在執(zhí)行不同的程序是所產(chǎn)生的

4、熱應力和疲勞應力分別得到了控制優(yōu)化。上述陳述的主要結(jié)論是:工業(yè)機器人的發(fā)展是在遠離它的限制, 需要大量的研究和開發(fā)來獲得一個工業(yè)機器人自動化更廣泛應用。#20077愛思唯唯爾有限限公司保保留所有有權(quán)利。關(guān)鍵詞:工工業(yè)機器器人,機器人人控制;控制功功能;控制應應用簡介工業(yè)機器人人發(fā)展的的特點是是一個大大范圍的的多學科科技術(shù)的的融合。這些技技術(shù)很多多都不是是特定面面向機器器人的，可以以通過其他他更廣泛泛的產(chǎn)品品領(lǐng)域得得到發(fā)展展。然而而，機器器人控制制，尤其其是機器器人運動動控制，對不同的機器人產(chǎn)品相差很大，同時構(gòu)成了對工業(yè)機器人的發(fā)展最重要的關(guān)鍵能力之一。通過應用和發(fā)展先進的控制技術(shù),就有可能不斷

5、提高機器人的性能,這對于工業(yè)機器人自動化性能的提高和成本的降低是很有必要的。應該強調(diào)的的是，汽汽車產(chǎn)業(yè)業(yè)包括他他們的供供應鏈是是今天主主導客戶戶forrinddusttriaal機器器人（聯(lián)聯(lián)合國歐歐洲經(jīng)濟濟委員會會，20004）。這意味著出自這種類型的制造系統(tǒng)的要求很大程度上驅(qū)動著機器人的發(fā)展。所以,現(xiàn)在的大多數(shù)機器人,都適應在非常激烈的競爭環(huán)境下高容量柔性生產(chǎn)的成本敏感性。對機器人制造商來說，對成本、效率、高可靠性和高生產(chǎn)率的基本要求有必要做出很大的努力。而且,有必要使機器人控制與工廠自動化系統(tǒng)的諸如應用協(xié)議、通訊系統(tǒng)、I / O接口、PLC設備、用戶界面、工藝設備等相適應，以達到不同機器

6、人產(chǎn)品之間的最佳利用和最短的切換時間。(RIA及美國國家標準與技術(shù)研究院,2000年)。世界汽車車工業(yè),將是上上述陳述述觀點的的騰飛點點，完全全機器人人自動化化通常出出現(xiàn)在汽汽車車身身總成、鍛鍛壓、油油漆和涂涂料。發(fā)動機機和動力力總成在在某種程程度上也也實現(xiàn)了了機器人人自動化化(ABBB-11,20003年年)。這些應應用技術(shù)術(shù)已經(jīng)很很好的建建立起來來，機器器人的一一些特征征諸如安安裝、編編程、集集成、維維修、性性能和功功能被不不斷完善善。從控制制的觀點點來看, 這意意味著對對魯棒性性，穩(wěn)定定性和精精度方面面的要求求提高了了。與此此同時，成成本壓力力意味著著需要發(fā)發(fā)展少用用具有更更復雜的的機械

7、振振動模態(tài)態(tài)和更大大的動態(tài)態(tài)變化的的剛性機機械結(jié)構(gòu)構(gòu)的單獨獨機器人人，而這這種機器器人必須須由控制制系統(tǒng)處處理。圖1 . 多機器器人控制制需要高高性能模模式控 圖圖2 . 汽汽車傳動動系組件件的裝配配，如圖圖所示的的液力變變制概念和有有效的機機器人的的編程方方法。 矩矩器就是是機器人人力控制制有很大大潛力的的一個例例子。再進一步看看汽車制制造業(yè)自自動化程程度的現(xiàn)現(xiàn)狀，目目前只有有極少數(shù)數(shù)的機器器人用于于最后的的裝配。在這里里，需要要新的機機器人技技術(shù)和新新的柔性性自動化化解決方方案來處理裝裝配任務務的復雜性和產(chǎn)品品的幾何何形狀多多邊性。工業(yè)機機器人將將來面臨臨的一個個巨大挑挑戰(zhàn)是為為這種應應用

8、技術(shù)術(shù)開發(fā)出出經(jīng)濟可可行的解解決方案案,這種應應用技術(shù)術(shù)中機器器人控制制需要滿滿足更直直觀,更互動動的幾何何公差、形形狀公差差。這個個方向的的一項突突破會掀掀起大范范圍的工工業(yè)應用用機器人人學的一一股新浪浪潮，盡盡管這些些在今天天看來是是不現(xiàn)實實的。然然而,在討論論未來機機器人的的控制技技術(shù)之前前,先給出出目前主主要工業(yè)業(yè)機器人人控制的的發(fā)展一一些例子子。然后后對機器器人發(fā)展展的驅(qū)動動力進行行討論,并在此此基礎(chǔ)上上概述未未來發(fā)展展的情景景。2. 目前前的工業(yè)業(yè)機器人人控制的的發(fā)展工業(yè)機器人人的一種發(fā)展趨趨勢是時時尚工業(yè)業(yè)機器人人，這通通常源于于汽車工工業(yè)提出出的新生生產(chǎn)概念念。目前前流行的的一

9、個例例子是多多機器人人控制以以及由幾幾個機器器人制造造商提出出的不同解解決方案案，盡管這這幾年來來一些制制造商已已經(jīng)將他他們作為為自己的的商品供供應(布雷丁丁，20005)。在工工業(yè)上采采用多機機器人控控制的主主要原因因是通過過讓機器器人并行行工作以以降低生生產(chǎn)成本本，尤其其對電弧弧焊這種種低速的的過程而而言。其其他好處處是，幾幾個機器器人由一一個控制制器控制制，就可可以節(jié)省省占地面面積、改改善避免免碰撞性性能、減少周周期時間間。在電弧弧焊接時時, 同時時從不同同的方向向?qū)ο嗤膶ο笙筮M行焊焊接，跟跟有可能能達到焊焊接熱量量的均衡衡分布。通通常的一一種裝置置就是使使用兩個個或更多多的機器器人

10、在同同一個工工件焊接接，該工工件由一一個或兩兩個自由由度的機械手手旋轉(zhuǎn)。對于更更高的靈靈活性，工工件也可可以由一一個機器器人夾持持(圖1)，另另一個機機器人夾夾持被焊焊接的部部件。汽汽車工業(yè)業(yè)也希望望通過改改善在一一個共同同的機器器人車體體上機器器人組織織的協(xié)同同性，來來降低點點焊機器器人的循循環(huán)時間間。發(fā)展多多機器人人控制系系統(tǒng)時，一一個很困困難的控控制實例例就是如如何實現(xiàn)現(xiàn)動態(tài)優(yōu)優(yōu)化伺服服參考的的精確定定時以及及協(xié)調(diào)不不協(xié)調(diào)的的動作、異異常處理理和故障障恢復的的平滑的的過渡。當一大大群機器器人工作作在一個個大型生生產(chǎn)線工工作時也也有這個個問題，就就是如何何動態(tài)地地給機器器人和集集群機器器人

11、分配配任務以以達到最最優(yōu)生產(chǎn)產(chǎn)率。同同時,必須注注意到ccolllaboor -atiing機機器人比比單身的的機器人人更難于于編程，因因此離線線編程機機器人和和細胞模模型更有有積極性性。另外外一個問問題是合合作機器器人裝置置的精確度度。因為為串聯(lián)運運動鏈需需要被控控制，比起單單個機器器人裝置置，伺服服回路及及機器人人的運動動學和動動力學模模型錯誤誤將給工工具和工工件之間間產(chǎn)生更更大的姿姿態(tài)偏差差。因此, 多機機器人控控制的發(fā)發(fā)展會刺刺激器人人的運動動學和動動力學模模型以及及機器人人的伺服服性能的的進一步步改善和和提高。多機器人人控制是是需求相相關(guān)的是是開發(fā)機機器人具具有很高高的承載載力的要要

12、求（AABB公公司- 2，220011）。例如,汽車車車身的部部分地區(qū)區(qū)。負荷荷達5000公斤斤機器人人已經(jīng)著著手開發(fā)發(fā)。一重重負荷處處理機器器人擁有有與車身身零件夾夾具而其其他機器器人則沒沒有，例例如，點點或弧焊焊接機器器人。這這種自動動化解決決方案的的動力來來自用機器人人取代單單一的目目的運輸輸系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生的更更高靈活活性。除除了多機機器人這這種控制制方面，向更高的負載能力發(fā)展導致降低機械機器人固有頻率和增加精確模型和控制機器人的結(jié)構(gòu)。另一種流行行的發(fā)展展方向是是朝著在在機器人人安裝新新的安全全安排（EESALLAN系系統(tǒng)，220066年）。一個短期的動機來自用安全軟件的限制替代電氣和機械的

13、工作范圍限制的可能性，這使得它更便宜，更快速地配置一個機器人單元。此外,一個機器人單元安全柵欄，更有效的適應工作空間的局限性,這將節(jié)省占地面積在車間。也有一些計劃,發(fā)展為人類與機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)作應用的例子包括材料處理，機械維護，康波，新界東北轉(zhuǎn)移和裝配。為了提高機器人人機合作的安全水平，對硬件和軟件的冗余機器人的安全監(jiān)督水平的增加，例如，通過兩個通道的測量系統(tǒng)和故障安全總線和I / O系統(tǒng)。所需的冗余當然可以在許多方面得到它，但同時重要的是不能增加增加的成本超過它的冗余功能可接受的應用。一個控制方面的新安

14、全觀念是如何利用已經(jīng)運行了機器人的實時模型在機器人控制器來獲得一種足夠敏感但沒有給予太多的假警報故障檢測。同樣重要的是能夠監(jiān)督安全功能確實有效，當緊急情況發(fā)生。例如,剎車和監(jiān)督功能的機器人必須循環(huán)測試。這種安全技術(shù)的不斷發(fā)展，可以對未來人類在更少的機器人結(jié)構(gòu)化的環(huán)境比在今天的機器人裝置所需要的人機協(xié)作的第一步。還有一個持持續(xù)的發(fā)發(fā)展方向向,在使用用無線通通信技術(shù)術(shù)在機器器人系統(tǒng)統(tǒng)可以發(fā)發(fā)現(xiàn),(Kattzell,20004年年)。無線通通訊最大大的熱點點,是關(guān)于于示教系系統(tǒng)和控控制器之之間的溝溝通, 另外外一個熱熱點就是是機器人人控制器器和傳感感器及工工藝設備備之間的的無線通通信。（弗雷雷，En

15、ndreesenn，Krreittz，Schheibbe，220055年）。測試設設備的經(jīng)經(jīng)驗表明明，一個個車間的的環(huán)境通通信本身身不是主主要問題題，大問問題是關(guān)關(guān)于安全全的，,例如, 為安安全的無無線緊急急事件的的處理方方法和機機器人示示教系統(tǒng)統(tǒng)在日志志中安全全的選擇擇去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)新的概概念。同時也也應該指指出由于于大部分分無線傳傳輸設備備消費市市場生產(chǎn)產(chǎn)的，有有可能將將這些裝裝置用作作成本低低的機器器人控制制器用戶戶界面（德德安杰洛洛和Coorkee，20001年年）。在機器器人控制制的發(fā)展展前景,新安全全機制的的無線傳傳輸、無無線編程程設備和和無線傳傳感器和和執(zhí)行器器的自診診斷都將將是重要要

16、的方面面。近幾年有一一個傳感感器類型型引起工工業(yè)注意意力增加加是六自自由度(自由度度)力/力矩傳傳感器AATI蘇蘇達權(quán)等等,20006)。很長長一段時時間以來來，雖然機機器人制制造商已已能將機機器人進進行力的的控制，尚未有有廣泛的的利用這這個功能能。應用場場合的實實例就是是用六維維指尖力力/力矩傳傳感器來來控制的的工業(yè)機機器人研研磨，去去毛刺，去去毛刺，研研磨，拋拋光，測測試和組組裝。在在材料去去除的應應用，力力傳感器器為基礎(chǔ)的的控制優(yōu)優(yōu)點是工工藝質(zhì)量量較高，容易校準過程質(zhì)量和對夾具和夾持器的準確度要求降低（皮雷，沖壓，勞赫，Arau喬，2002年）用于裝配的優(yōu)點是縮短工期、減少沖擊力，減少風

17、險的干擾，楔入和擦傷張，Zhongxue，Broga桉木RDH，王和伊薩克森，2004）。在力傳感器的應用為基礎(chǔ)的控制應用中，手工作業(yè)與惡劣的工作條件、發(fā)健康風險是引進這項新技術(shù)的原因。為了增加使用力傳感器控制的機器人的應用，編程和調(diào)試方法需要進一步發(fā)展，工藝參數(shù)的標準設置和低成本力傳感器應加以發(fā)展?？焖僭鲩L的應用技術(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)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的人類與機器人合作中不可缺少，正在發(fā)展的力/力矩傳感器控制，如何整合該技術(shù)到機械手系統(tǒng)的協(xié)作顯得非常重要。圖3 . 利用計計算機軟軟件、觸觸摸屏、高高效的應

18、應用開發(fā)發(fā)工具、教教學吊墜墜，同時時也是一一種通用用的圖形形用戶界界面裝置置和一個個專門的的機器人人編程器器和操作作工具。正如對力的的控制，機機器人視視覺系統(tǒng)統(tǒng)已經(jīng)使使用了很很長時間間了，但但沒有找找到任何何制造業(yè)業(yè)機器人人大量應應用的情情況。原因之之一就是是缺少了了在一個個典型的的工作間間環(huán)境下下的二維維視覺系系統(tǒng)較強強的魯棒棒性, 控制制機器人人視覺系系統(tǒng)主要要用于在在攝像機機的場景景已很確確定，光光線條件件可以控控制的條條件下，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

19、性,例如, 材料處理，機械維護和裝配(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)校準工具、工作對象、夾具和其他機器人部件的可能性。三維視覺的主要發(fā)展當然與特征提取和其他的計算機視覺問題相關(guān)聯(lián)，機器人控制來設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,

20、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器人進行檢查光學測量系統(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程失敗中能進行有效的恢復。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一步整合到機器人控制器中，從性能的角度來說它可能激發(fā)在伺服回路方面某些機器人應用技術(shù)采用三維視覺技術(shù)。其他正在進進行的機機器人技技術(shù)的提提高涉及及到機器器人的控控制器用用戶應用用界面，其其宗旨是使機器器人編程程，操作作和維護護簡單，盡管機器人系

21、統(tǒng)的復雜性不斷增加。基于機器人動作和行動的圖形表示的精靈般的循序漸進的概念也在教學吊墜上使用（圖3; ABB公司- 4，2006），現(xiàn)實的機器人仿真接口實現(xiàn)對機器人編程水平(RRS, 2006)，過程建模工具的開發(fā)以簡化機器人編程（Skarin，Claesson，Bergling，2004年），用于邏輯控制和先進的工藝和設備控制的PLC控制功能集成到機器人控制器中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化、監(jiān)測、預防性維護和故障隔離等的遠程自動化采集將進一步發(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)模式運行的機器

22、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)。模式控制(Sciiaviiccoo & Sicciliianoo,20000) 在機器器人學被被認為是是非常重重要的，以滿足足對性能能的改進進和成本本的降低低這一對對矛盾的的要求（圖圖4）。不不斷的發(fā)發(fā)展的方方向是更更加復雜雜的運動動學和動動力學模模型，更更復雜的的多輸入入多輸出出（MIIMO）控控制計劃劃，靜態(tài)態(tài)和動態(tài)態(tài)模型參參數(shù)變化化更大大，日益益增加噪噪音和干干擾，較較低的特特征頻率率機和擴擴大化得得非線形形性的數(shù)數(shù)量更大大。即使所所有

23、的這這些方面面都做了了很多學學術(shù)研究究，大量的的應用研研究需要要進一步步改善基基于模型型工業(yè)機機器人的的魯棒控控制。與與基于模模型控制制的進一一步發(fā)展展攜手并并進的是是采用虛虛擬原型型機來提高高性能/成本比比、降低了了開發(fā)成成本、并能縮縮短產(chǎn)品品周期的的于模型型的設計計的重要要發(fā)展(Pettterrssoon,220055)。非非常重要要的則是是由機械設設計和機機器人控控制專家家組成的的機電一一體化團團隊設計計方法。3、未來工工業(yè)機器器人控制制發(fā)展驅(qū)驅(qū)動力跟所有其他他工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品一樣樣，由機機器人的的發(fā)展主主要是其其用戶的的需要所所支配。然而, 就其其用途廣廣泛而言言機器人人也十分分獨特,這意味

24、味著機器器人技術(shù)術(shù)要向著著來自不不同的自自動化和和不同的的用途的的大范圍圍的要求求去發(fā)展展(機器人人制造商商聯(lián)系,20006)。從從應用需需求出發(fā)發(fā)，需要要妥善處處理新工工藝產(chǎn)生生的要求求和改進進傳統(tǒng)工工藝的要要求之間間的關(guān)系系。新工工藝是指指工業(yè)機機器人相相結(jié)合過過程的新新作為，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。進一步提高機器人性能的傳統(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。有時機器人自動化會變得很受歡迎對于一個特定的圖4 . 由一個個共同的的控制器器控制的的機器人人家族的的基于模模型控制制，可以以

25、由可配配置的剛剛體和彈性動動力學模模型來實實現(xiàn)。應用或材料料的制造造商來說說,例如，塑料行行業(yè)目前前非?？士释褂糜脵C器人人。從客戶戶驅(qū)動的的要求來來看，基基本要求求當然以以降低生生產(chǎn)成本本、提高最最終產(chǎn)品品質(zhì)量同同時新的的自動化化概念不不時的試試圖獲得得產(chǎn)量的的顯著增增加。這這種概念念的例子子是緊湊湊型機器器人，向后彎彎曲的機機器人，重重載機器器人，多多機器人人控制，精確的離線編程機器人，靈活的框架機器人，傳感器控制的機器人和安全機器人。與此同時,還需要提高的是連續(xù)的靈活性,提高機器人的使用可靠性,改善勞動條件,降低壽命周期成本,使安裝、系統(tǒng)集成、編程和維護容易、以提高性能(圖5)。所有這些

26、需求驅(qū)使著機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 . 為了滿滿足機器器人離線線編程對對機器人人精度日日益增長長的要求求，運動學學和彈性性靜力學學辨識和和補償方方法不斷斷精確化化，今天天0.55毫米的的體積精精度甚至至一個大大型的機機器人上上也可以以達到。與此同時，由由于用戶戶應用需需求的拉拉動當然然有技術(shù)術(shù)迫使制制造商在在其他更更大的產(chǎn)產(chǎn)品領(lǐng)域域利用機機器人的的最新技技術(shù)成果果。因此，PPC領(lǐng)域域硬件和和軟件兩兩個方面面的發(fā)展展都會對對機器人人控制器器發(fā)展產(chǎn)產(chǎn)生很大大的影響響，應用此此項技術(shù)術(shù)的努力力來自電電信領(lǐng)域域。軟件件開發(fā)和和維護的的成本不不斷增加

27、加，一個很很長的軟軟件壽命命時間是是如此的的重要，這意味味著,例如,新的高高效的軟軟件開發(fā)發(fā)環(huán)境和和可擴展展的系統(tǒng)統(tǒng)體系結(jié)結(jié)構(gòu)的新新概念、開開放的接接口和ccom - mmuniicattionn概念都都是機器器人控制制器的發(fā)發(fā)展重要要的推動動力。盡盡管在機機器人技技術(shù)發(fā)展展最快的的出現(xiàn)在在在控制制器方面面，同時時也存在在著一些些機電技技術(shù)推進進一面。更更有效、更更大的緊緊湊齒輪輪箱、更更符合成成本效益益的電機機和驅(qū)動動系統(tǒng)、更更便宜的的碳復合合材料和和更先進進的機械械設計工工具。在長期的的角度來來看, 對汽汽車工業(yè)業(yè)及其次次級供應應商來說說，機器器人肯定定是有一一個持續(xù)續(xù)發(fā)展。在這里可能發(fā)生

28、的是燃料價格上升，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，問題就是這將如何改變對制造系統(tǒng)，包括工業(yè)機器人的需求。一種可能性是，現(xiàn)場的汽車車身點焊將被替待，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、更輕的機器人將有更大的需要。如果電力驅(qū)動和燃料電池將被普遍使用，那么新的應用將會出現(xiàn)，可能對機器人的精確度和短周期會有更高的要求。然而,因為大量的產(chǎn)品制造都是由相同的很工業(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)設施結(jié)構(gòu)可能會是

29、一樣的。圖6 . 食品工工業(yè)將成成為未來來機器人人發(fā)展的的動力之之一。在在這里，基于Delta 概念的并聯(lián)機器人FlexPicker，工作在一家面包店。如在第11節(jié)指出出了汽車車制造業(yè)業(yè)仍然是是勞動密密集型的的的一個個部分是是最后組組裝。今今天將機器人人技術(shù)用用于裝配配，問題題就出現(xiàn)了，幾何何復雜性性和工作作對象的的多變性性，安全全圍欄所所需的空空間與復復雜的機機器人編編程和耗耗費時間間的故障障處理等等等。只有很很少的機機器人設設備可以以很經(jīng)濟的的應用此此技術(shù)，例例如，上上膠和車車窗安裝裝。在這這種特殊殊情況，健健康風險險是機器器人引進進一個重重要原因因。在重重升降機機中，工作作條件刺刺激了引

30、引進設備備以協(xié)助助完成。在這里里,一個已已經(jīng)進行行了幾年年的開發(fā)發(fā)項目就就是開發(fā)發(fā)免受被被動機械械系統(tǒng)和和伺服控控制的起起重工具具。這些些智能(IADD)輔助助設備人人們所感感興趣的的分別是是他們的的安全要要求和操操作者與與IADD之間相相互的力力控制(Collgatte, Pesshkiin, & KKlossterrmeyyer, 20003)。然而，這這種設備備不能給給出一種種現(xiàn)實的的自動化化解決方方案并且且這一概概念不能能發(fā)展為為一個完完整的機機器人化化汽車裝裝配。相相反，可可以預期期，汽車車行業(yè)將將推動裝裝配機器器人系統(tǒng)統(tǒng)的新類類型的產(chǎn)產(chǎn)生和柔柔性自動動化的基礎(chǔ)設設施結(jié)構(gòu)構(gòu)的的新新類

31、型的的產(chǎn)生。為了尋找找可能推推動未來來機器人人的發(fā)展展的其他行行業(yè)，一一種可能能是看今今天缺乏乏有效利利用機器器人做基礎(chǔ)設設施的制制造系統(tǒng)統(tǒng)。這里里有一個個機會，中中小型企企業(yè)自動動化的需需要（SSMErroboot，220055年）。在這種環(huán)境下所需要的是易于安裝、配置、標定、編程和維護的低成本的安全機器人系統(tǒng)。這個應用進程將同那些用于今天的機器人一樣，其最大的挑戰(zhàn)將是開發(fā)出發(fā)一個更低的機器人壽命周期成本的機器人技術(shù)。今后使用工業(yè)機器人將會有很多其他重要領(lǐng)域在這個發(fā)展方向走更遠的路。柔性自動化實例諸如拆卸、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，199

32、9年）、對消費品的處理、飛機大部件的整機裝配零部件加工（庫卡機器人，2005年）、橋梁、建筑、船舶、火車、鐵路、電站、風車等，大范圍的工藝任務。如果柔性機器人自動化為這些類型的應用找到經(jīng)濟可行的解決方案, 工業(yè)機器人的一個巨大的新市場對將會驅(qū)動機器人技術(shù)一個新方向發(fā)展。從來自未來的新應用進程對機器人學的驅(qū)動力來看，提高了機器人的性能將非常重要。例如，眾所周知，臂式機器人制造和安裝比笛卡爾機器人成本更低。然而,在頻寬、剛度、準確性方面笛卡爾機械手可以遠高于一個關(guān)節(jié)機器人,但是如果關(guān)節(jié)機器人的性能有了顯著的提高的話，關(guān)節(jié)機器人將占領(lǐng)從更昂貴的笛卡爾機械手大片的市場份額。其中應用臂式工業(yè)機器人的例子

33、是高性能激光切割，等離子切割裝配和機加工。既提高了機器人的性能和新的柔性自動化的概念的一個例子就是鐵鑄件的補爐(Lauwers, Wallis, Haigh, & Sohald,2004)。在這種情況下，第三個方面也很重要，那就是是非常不健康的鑄造環(huán)境?？紤]到工人的健康問題，未來一些其他的的工業(yè)機器人應用例子可以找到。這樣的例子比如屠宰場，冷藏庫，玻璃加工商店，漁業(yè)和垃圾處理廠。圖7 . 電容式式編碼器器環(huán)(HHexaagonn Meetroologgy)集集成到AABB 圖88 . 為為了使機機器人的的編程更更加簡單單，引導導編程有有望成為為一機器器人的機機械手臂臂用于機器器人手臂臂的運動動

34、精確的的測量。 個個重要的的技術(shù)。在這里，引導編程是用測量臂連接到機 器器人的AABB TeaachSSaveer編程程軟件上上。4、未來工工業(yè)機器器人控制制的發(fā)展展前景盡管長期期發(fā)展方方向很難難預測，一一些前景景還是能能被勾勒勒出來，即即在可觀觀測的機機器人應應用情況況的主要要驅(qū)動力力的基礎(chǔ)礎(chǔ)上怎樣樣做出一一個合理理的外推推。由于于汽車業(yè)業(yè)是目前前機器人人發(fā)展的的主要動動力，因因此看一一看基于于激光焊焊接、鉚鉚接、焊焊接、組組裝、上上膠等用用的更精精確、剛剛性、快快速和纖纖細的機機器人代代替大量量的笨重重的點焊焊機器人人的這種種更早的的建議需需求的汽汽車制造造業(yè)前景景是很相相關(guān)的。假假如使用

35、用光纖、改改進釔鋁鋁石榴石石(YAAG) 激光光科技 (Roookss,20000年年)和輕量量級的焊焊接、鉚鉚接、上上膠設備備等的技技術(shù)，點點焊機器器人焊槍槍部分所所承受的的載荷將將從根本本上降低低。這意意味著,在不遠遠將來會會看到使使用集成成化的執(zhí)執(zhí)行器解解決方案案、纖維維復合材材料等其其他輕質(zhì)質(zhì)材料的的擁有手手腕和上上臂概念念的輕盈盈苗條的的機器人人實現(xiàn)場場景。即即使一個個輕量級級的高速速電機連連同一個個輕量級級的大傳傳動比的的減速機機很有可可能會變變得比起起現(xiàn)在使使用的較較重的手手腕驅(qū)動動系統(tǒng)更更加的昂昂貴，由由于主軸軸可配備備具有較較低功率率執(zhí)行機機構(gòu)以及及機器人人的安裝裝可采用用更

36、小巧巧的框架架結(jié)構(gòu)，機器人裝置可能會變得更便宜。為了使苗條的輕量級機器人關(guān)于工具力的僵硬，機器人控制可能需要提供一個虛擬的剛度, ,對機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(de Jager, 1994)、可以測量臂的振動應變規(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，基于控制器中運行的實時控制模式。在這種情況下重要的當然是有準確的動態(tài)模型。工業(yè)機

37、器人是一種強耦合的多變量系統(tǒng)，高達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)的非線性進行建模。一個輕盈盈苗條的的機器人人概念還還被用于于汽車廠廠總裝線線任務。在這種種情況下下，然而而，必須也也包括直直觀的編編程人類類與機器器人之間間的直接接接觸高高效的故故障處理理的可能性，否則則自動化化系統(tǒng)將將會太復復雜。因因此，充充分的安安全是必必要的，低移動質(zhì)量和柔順控制機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)。為了獲得高的安全水平，出于安全目的的傳感器虛擬剛度控制的利用將并不遙遠。這可以通過使用測量信號產(chǎn)生殘差和利用機器人控制冗余的檢測來實現(xiàn)。如果六維指尖力/力矩傳感器或關(guān)節(jié)力矩傳感器用于人機互動, 會進一步引進冗余監(jiān)測。圖9 . 一臺由由ABBB開發(fā)的的新的并并行結(jié)構(gòu)構(gòu)機器人人，有平面關(guān)關(guān)節(jié)型機機器人的的工作空空間同時時有Deeltaa機器人人的性能能。除了上面面描述的的外國的的發(fā)展