關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的高速度高精度控制方法的探討

吳堅(jiān)　龍錦中

[摘 要] 隨著工業(yè)化智能概念的提出，我國開始嘗試以工業(yè)機(jī)器人作為生產(chǎn)線上的主要?jiǎng)趧?dòng)力，一直以來，工業(yè)機(jī)器人的定義與特征一直處于模糊的界限，直到對(duì)智能化進(jìn)行初步探索與研究之后，工業(yè)機(jī)器人才逐漸被各界認(rèn)可。系統(tǒng)地梳理國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)與研究，希望能為促進(jìn)生產(chǎn)智能化提供一定的參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] 工業(yè)機(jī)器人;高精度;控制方法

與智能化系統(tǒng)類似，工業(yè)機(jī)器人可以被視為多個(gè)系統(tǒng)組成的主體，而這些系統(tǒng)就是機(jī)器人的“部件”。自改革開放以來，我國的制造業(yè)與重工業(yè)等有關(guān)生產(chǎn)力水平的領(lǐng)域，一直以來都處于國際產(chǎn)品鏈體系的低段，我國缺乏強(qiáng)力的信息驅(qū)動(dòng)與創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)機(jī)器人研究的開展，有利于加快我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，提高生產(chǎn)行業(yè)的整體水平，并有效優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完成跨越式的發(fā)展任務(wù)。

一、國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人研究現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的研究熱潮主要集中在第一世界與中國，在歐美等發(fā)達(dá)國家中，人口紅利消減，產(chǎn)業(yè)固化導(dǎo)致勞動(dòng)力無法滿足市場(chǎng)需求，而在中國，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，導(dǎo)致市場(chǎng)需求大大增加，尤其是在航空等重工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用規(guī)模躍居世界第一。但是，無論是歐美還是中國，大家主要的機(jī)器人研究方向是偏向于柔性的功能化，也就是說，工業(yè)機(jī)器人更適用于重工業(yè)領(lǐng)域[1]。

（二）國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人研究總結(jié)

在工業(yè)機(jī)器人的研究領(lǐng)域中，主要涉及到航空、手工制造等行業(yè)，為此，國內(nèi)外主要研究方向是圍繞工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、精度與動(dòng)態(tài)三方面開展的。在上世紀(jì)，歐盟首先提出了柔性化的制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效控制多個(gè)協(xié)作的操作性機(jī)器人，這是后世工業(yè)機(jī)器人的雛形與基礎(chǔ)。在歐盟第七框架計(jì)劃中，德國、奧地利、西班牙等國家發(fā)起了“未來工廠”項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作、機(jī)器人集成與未來探索（FUTURASSY），目前，該項(xiàng)目已經(jīng)成功推動(dòng)了國內(nèi)外A380方向舵組裝平臺(tái)的發(fā)展[2]。

二、提高工業(yè)機(jī)器人的高速度高精度控制方法的有效對(duì)策

（一）模型定標(biāo)法

針對(duì)工業(yè)機(jī)器人定位機(jī)理的四項(xiàng)基數(shù)，基于模型的定標(biāo)方法逐步形成了一套流程規(guī)范、可操作性強(qiáng)的校準(zhǔn)補(bǔ)償機(jī)制。早在DynaCal補(bǔ)償系統(tǒng)中，模型定標(biāo)法成功滿足了一些需要離線編程或絕對(duì)定位精度的系統(tǒng)要求，無論是離線編程還是絕對(duì)定位精度，都可以通過現(xiàn)有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)原理進(jìn)行解決。機(jī)器人的誤差因素通常來自于以下四種：內(nèi)部構(gòu)件參數(shù)、受力變形、結(jié)構(gòu)誤差以及環(huán)境因素，而模型定標(biāo)法恰恰是針對(duì)機(jī)器人誤差的補(bǔ)償原理所提出的理論。這一方法需要外部借助高精度的測(cè)量工具，保障機(jī)器人內(nèi)部構(gòu)件參數(shù)與結(jié)構(gòu)的正確性，再根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)與理論的偏差，從而有效達(dá)到補(bǔ)償定位絕對(duì)精度的目的。

（二）非模型定標(biāo)法

與模型定標(biāo)法相比，非模型定標(biāo)法是基于參數(shù)耦合的成果下，提出非模型的機(jī)器人精度標(biāo)定方法，這一方法拋棄了參數(shù)模型的解析與誤差識(shí)別，而是以曲線擬合的方式完成補(bǔ)償機(jī)制的設(shè)立。從目前該方法應(yīng)用情況來看，工作人員根據(jù)曲線擬合、空間插值與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出三個(gè)子分類，即通過三個(gè)子分類數(shù)據(jù)參數(shù)的計(jì)算，得出目標(biāo)定位誤差，尤其是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)假設(shè)中，工作人員提出機(jī)器人學(xué)習(xí)能力與自適應(yīng)性，他們將工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型替換為神經(jīng)網(wǎng)的訓(xùn)練。雖然非模型定標(biāo)法能夠有效避免參數(shù)辨識(shí)與建模復(fù)雜的缺陷，但大量的計(jì)算與校準(zhǔn)使得非模型定標(biāo)法的研究仍然落后于模型定標(biāo)法。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化與調(diào)整，越來越多的領(lǐng)域開始逐漸應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。目前，關(guān)于提高工業(yè)機(jī)器人精度的主流方法分為兩類：模型定標(biāo)法與非模型定標(biāo)法，兩者各有所長，發(fā)展前景與方向也并不完全一致。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭宏巖.六軸機(jī)器人在汽車頭枕生產(chǎn)中的應(yīng)用及展望[A].第十六屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（理工農(nóng)醫(yī)）[C].中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)：沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2019：5.

[2]金增楠.基于手機(jī)APP與虛擬仿真技術(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)改革探討[A].第十六屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（經(jīng)管社科）[C].2019：5.

[作者單位]

廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

（編輯：李博寧）