各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，大家下午好。我很高興有機(jī)會(huì)到余姚跟大家做交流，根據(jù)我自己經(jīng)驗(yàn)對(duì)工業(yè)4.0、智能制造，以及機(jī)器人在企業(yè)應(yīng)用當(dāng)中遇到的問題跟大家做交流，我的主旨題目是《機(jī)器人應(yīng)用中若干問題及解決方案》。
工業(yè)4.0和工業(yè)2025是要推廣智能制造，而這個(gè)智能制造我理解還是要三大技術(shù)，第一是大數(shù)據(jù)，智能制造就是數(shù)據(jù)、傳感，這個(gè)是一個(gè)重要的前提。第二個(gè)技術(shù)就是機(jī)器人的技術(shù)，我們搞智能制造是跟其緊密關(guān)聯(lián)的，第三還跟支撐協(xié)同，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的。我們機(jī)器人是多學(xué)科交叉的，具體來說，是3項(xiàng)技術(shù)，第一項(xiàng)是機(jī)電控制，因?yàn)槟氵@個(gè)機(jī)器人也是機(jī)器的高級(jí)別。第二你要叫機(jī)器人，為什么叫機(jī)器人？就是利用人工智能的技術(shù)。我們現(xiàn)在講的智能制造，智能兩個(gè)字隱含了人工智能。因?yàn)槿说闹悄?，老早有了。無論我們搞設(shè)計(jì)，搞經(jīng)濟(jì)，動(dòng)腦筋，都要用到智能。智能經(jīng)濟(jì)，人類一開始從事經(jīng)濟(jì)活動(dòng)就是智能。但是智能制造里面智能是人工智能。這個(gè)人工智能要實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)是人機(jī)交互，人機(jī)協(xié)同，人機(jī)一體化。由于機(jī)器人的應(yīng)用，由于智能制造技術(shù)推廣，所以制造業(yè)朝著數(shù)字化、智能化、擬人化、綠色化方向發(fā)展。那么在這樣的背景下，機(jī)器人，現(xiàn)在我理解有四大領(lǐng)域，前沿領(lǐng)域，第二個(gè)是我們的波司登大狗為核心的，就是軍用機(jī)器人，軍用機(jī)器人這個(gè)是比較典型的行業(yè)，第二個(gè)就是Alpha Go，這個(gè)也是很最近很熱門的話題。它是另一類智能型，以人工智能為主的機(jī)器人。這個(gè)是工業(yè)機(jī)器人，這個(gè)就是服務(wù)機(jī)器人。這四個(gè)領(lǐng)域研究對(duì)機(jī)器人技術(shù)本身的發(fā)展，起了很大推動(dòng)作用。特別是波司登大狗和Alpha Go是人工智能運(yùn)用的典范，也是機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)比較重要的里程碑。
企業(yè)運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)在很多，特別是在浙江很多企業(yè)推廣機(jī)器換人和機(jī)器人自動(dòng)化流水線。在這個(gè)過程當(dāng)中有些企業(yè)，用得比較好，效果顯著。但是，也有一些企業(yè)，應(yīng)用還不是太成功。遇到了一些困難和問題。那么，我歸納一下主要有6個(gè)問題。
第一個(gè)問題對(duì)于企業(yè)來說，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)第一個(gè)問題就是如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的配制顯型。首先要解決我用什么樣機(jī)器人來我的生產(chǎn)流程。那么，這個(gè)根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用的分類我們要分析機(jī)器人的負(fù)載自由度，最大應(yīng)用范圍，重復(fù)精度，速度、本體重量，慣性力矩等等要進(jìn)行確定型號(hào)和數(shù)量。由于機(jī)器人數(shù)量多樣性，以及客戶需求這個(gè)模糊性，面臨了兩大技術(shù)難題，具體來說。模糊需求如何轉(zhuǎn)化為精確的參數(shù)。第二如何實(shí)現(xiàn)多參數(shù)匹配協(xié)調(diào)。。
第二個(gè)問題如如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的布局設(shè)計(jì)。我們先講第一個(gè)問題，如何布局。我們要考慮三個(gè)問題，第一個(gè)問題就是操作的可達(dá)性，第二個(gè)問題就是空間的緊湊性，第三是人機(jī)的安全性。那么，具體來說，也有兩個(gè)技術(shù)上的難題。第一個(gè)就是如何求解機(jī)器人基座最優(yōu)位置姿態(tài)，第二是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工裝，工件三維作業(yè)空間的干涉和互干涉涉實(shí)時(shí)檢測，根據(jù)機(jī)器人，場地因素設(shè)定機(jī)器人的位置，以及高度機(jī)器人周邊設(shè)備布置參數(shù)，使得機(jī)器人不斷的執(zhí)行，以合理的姿態(tài)到達(dá)指定的位置。
第三個(gè)問題就是如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)規(guī)劃。具體來說，我們就要設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)行作業(yè)突破，機(jī)器人路徑規(guī)劃，使得機(jī)器人工作周期的時(shí)間盡量短。這個(gè)也有兩個(gè)技術(shù)上的難題。第一個(gè)是如何求解機(jī)器人最優(yōu)作業(yè)的拓?fù)漤樞颍诙绾慰紤]作業(yè)撲補(bǔ)與布局設(shè)計(jì)的合作，使得時(shí)間最短。
第四個(gè)就是如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析。我們要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精確的位置，精確的軌跡要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，我們要使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)具有平穩(wěn)型就要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的分析。在這個(gè)方面，主要考慮卓越的靈巧性，定位的精確性和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)型。那么這個(gè)時(shí)候，我們主要解決的是技術(shù)難題是如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組合題，軟性物體、甚至生物活體這一類作業(yè)的對(duì)象特點(diǎn)機(jī)器人靈巧運(yùn)動(dòng)控制，如何減少機(jī)器人關(guān)節(jié)間隙帶來的沖擊與振動(dòng)，確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精確性和操作的平穩(wěn)型。
第五個(gè)機(jī)器人應(yīng)用中如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真，這個(gè)問題是過程的擬實(shí)性，運(yùn)動(dòng)的可視化。通過我們的研究，需要解決的技術(shù)難題是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人示教點(diǎn)位姿優(yōu)化，虛擬識(shí)教運(yùn)動(dòng)偏差的檢測和校正，虛擬識(shí)教的路徑和值與時(shí)間最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)則，如何在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)過程當(dāng)中車文、人流的協(xié)調(diào)性。
第六個(gè)問題是機(jī)器人運(yùn)用中如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的集成，我們應(yīng)用了機(jī)器人，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與輔助工藝裝備，控制系統(tǒng)的集成與協(xié)同控制，這個(gè)時(shí)候要解決的問題是不同工藝流程下，機(jī)器人與輔助設(shè)備，工裝夾具協(xié)調(diào)作業(yè)過程集成。并且考慮功能分布與任務(wù)并行多功能機(jī)器人協(xié)同控制。針對(duì)，這6個(gè)問題，我們提出了一些解決方案。解決機(jī)器人多種用途，多種自由度，多個(gè)單元如何協(xié)調(diào)，具體概括起來三大類型。第一個(gè)布局設(shè)計(jì)，第二運(yùn)動(dòng)性，第三是多機(jī)高效協(xié)調(diào)完成工業(yè)的任務(wù)。在這里我們把這三個(gè)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為幾項(xiàng)技術(shù)。從而能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人應(yīng)用當(dāng)中靈活性，平穩(wěn)型和協(xié)同性，我們提出了四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
我們第一項(xiàng)就是機(jī)器人生產(chǎn)線總體布局，卓越規(guī)劃基礎(chǔ)。這個(gè)主要是使機(jī)器人生產(chǎn)線布局實(shí)際滿足兩個(gè)，不僅能夠使機(jī)器人末端執(zhí)行以合理的姿態(tài)到達(dá)指定的位置。第二使機(jī)器人完成任務(wù)工作周期盡可能短。那么我們這里，有一個(gè)機(jī)器人，這個(gè)有三種方案，這三種方案都有缺陷，第一種方案是這個(gè)焊縫很大。還有正面焊縫，兩面難以堅(jiān)固。第三個(gè)焊縫可以到達(dá)，但是布局不是最優(yōu)。因此我們提出了基于機(jī)器人的位置，和作業(yè)和拓?fù)漤樞蛞粋€(gè)方案。比如這個(gè)汽車門框?yàn)槔鉀Q汽車門框焊接以焊縫目標(biāo)坐標(biāo)系在最優(yōu)記錄布置下的表達(dá)方式。我們具體來說，我們提出了基于廣義可達(dá)工作區(qū)域檢測方式?？焖俳C(jī)器人的記錄空間，提出機(jī)器人記錄可行空間，最后采用模式搜索算法實(shí)現(xiàn)了的機(jī)器人設(shè)計(jì)。
在這個(gè)方面我們也取得幾項(xiàng)國家的發(fā)明專利。采用了蟻群算法實(shí)現(xiàn)了基座最優(yōu)順序。
第二個(gè)方面是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能。
這個(gè)方面我們采用機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。因?yàn)闄C(jī)器人設(shè)計(jì)的時(shí)候，它的理想軌跡，那是沒有的。但是，事實(shí)上，機(jī)器人的關(guān)鍵存在間隙，這個(gè)會(huì)影響它的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能跟動(dòng)力學(xué)性能。我們通過運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)建模，考慮了沒有間隙的機(jī)器人和有間隙機(jī)器人操作區(qū)別。這個(gè)方法也獲得了國家發(fā)明專利。那么，提出了運(yùn)動(dòng)反復(fù)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)譜來刻劃動(dòng)力學(xué)行為，以動(dòng)態(tài)響應(yīng)譜，為函數(shù)，有運(yùn)動(dòng)市場，卓越姿態(tài)，多個(gè)變量，實(shí)現(xiàn)了居于動(dòng)態(tài)譜的關(guān)鍵和間接機(jī)器人軌跡方式方法。這個(gè)方法同時(shí)也獲得了國家發(fā)明專利。
第三項(xiàng)技術(shù)我們提出了機(jī)器人任務(wù)虛擬世界和模擬方針技術(shù)。因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器人要編程這個(gè)是比較困難。而示教兩個(gè)層面，一個(gè)人如何操作，如何來編程這個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。第二個(gè)作為機(jī)器人，如何反求出它的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)，虛擬空間的軌跡。來反求運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)方程。在這個(gè)方面有三種方式，第一種方式就是在線示教，直接編程定義，這適合批量化的生產(chǎn)由于操作技能，工作量大，還是比較大。所以我們提出后面兩種，一種離線示教，利用可視化編程，這樣對(duì)使用者也有一定的要求，第三個(gè)方法是比較理想的方法。是通過虛擬示教的方式，借助虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在虛擬環(huán)境中人機(jī)定義，具有直觀、簡便的優(yōu)點(diǎn)。比如說我們這里都有利用這個(gè)示教變成器技術(shù)機(jī)器人抓取，然后進(jìn)行示教，然后進(jìn)行反求出它的軌跡和它的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。那么在這個(gè)時(shí)候我們?yōu)榱吮阌谄髽I(yè)，使用、維護(hù)、保養(yǎng)機(jī)器人的需要，我們通過虛擬的界面把安全機(jī)器人和abb機(jī)器人這個(gè)界面能夠集成到虛擬環(huán)境當(dāng)中。通過虛擬環(huán)境下進(jìn)行示教分析。這個(gè)示教，人的操作示教還是相對(duì)容易，關(guān)鍵要根據(jù)虛擬空間當(dāng)中這個(gè)軌跡來反求出它的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程，這涉及到動(dòng)力學(xué)方程反解，這個(gè)和數(shù)學(xué)技術(shù)比較，我們虛擬數(shù)現(xiàn)實(shí)3維模型，通過仿真，在線整個(gè)動(dòng)作過程核心反求機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，把機(jī)器人空間的位移解析作為時(shí)間的函數(shù)，特別是關(guān)鍵變量和機(jī)器人執(zhí)行期的位置和姿態(tài)之間的關(guān)系，所以我們這個(gè)問題實(shí)際上就是我們講的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的正問題和逆問題。它是整個(gè)虛擬示教中最關(guān)鍵的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
那么我們這里也通過這個(gè)6個(gè)自由度手腕偏置型機(jī)器人技術(shù)了反解。我們用了兩個(gè)詞，一個(gè)是通用機(jī)器人，末端三軸交于一點(diǎn)的，存在運(yùn)動(dòng)學(xué)封閉解。然后手腕偏置型機(jī)器人，更好的避免了與環(huán)境的干涉。
那么，這個(gè)是是通過6個(gè)自由度手腕偏置型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，這是位置反解，是機(jī)器人作業(yè)控制基礎(chǔ)，手腕偏置型6R機(jī)器人位置的反接的末端準(zhǔn)確性和精確性。
這是坐標(biāo)系，關(guān)鍵點(diǎn)。這個(gè)研發(fā)了任務(wù)虛擬示教，與模擬仿真技術(shù)。第一個(gè)是虛擬示教，第二是機(jī)器人工作站布局設(shè)計(jì)是機(jī)器人作業(yè)過程運(yùn)動(dòng)控制。
第四是機(jī)器人自動(dòng)化集成技術(shù)。通過上面我們要面向企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)集成。生產(chǎn)線設(shè)計(jì)我理解兩個(gè)層面，我們要設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線，首先要對(duì)企業(yè)，加工產(chǎn)品的工藝流程，要非常的熟悉。這是第一個(gè)層面。就把已有的工藝流程，進(jìn)行自動(dòng)化的升級(jí)，但是光有這個(gè)還不夠。我們要根據(jù)機(jī)器人卓越的特點(diǎn)，對(duì)它的工藝流程進(jìn)行重組和再造。我覺得后面這個(gè)意義更大。根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)重新考慮它的工藝流程。這樣就是涉及到工藝流程的設(shè)計(jì)。包括生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線集成。這個(gè)時(shí)候我們對(duì)它關(guān)鍵工藝，機(jī)器人技術(shù)加智能化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成。關(guān)鍵的工藝現(xiàn)在機(jī)器人運(yùn)用，結(jié)合機(jī)械制造，主要在焊接運(yùn)用比較多。沖壓方面也有，機(jī)械加工，裝配工藝這些都用得比較多。這個(gè)我們涉及到一系列機(jī)器人運(yùn)用的技術(shù)，把工藝流程進(jìn)行升級(jí)，能夠再造出更優(yōu)化的工藝。我們這里也采用了PLC、工控機(jī)等主控機(jī)一起來做集成應(yīng)用
再舉兩個(gè)具體例子，一個(gè)是汽車車模焊接生產(chǎn)線。這個(gè)我們也虛擬示教、仿真，一些實(shí)際的生產(chǎn)線改造，幫助一個(gè)企業(yè)，它的產(chǎn)品是一年生產(chǎn)12萬套，每套4件。這個(gè)56秒完成一個(gè)焊接。通過我們實(shí)際分析計(jì)算覺得要用三臺(tái)焊接機(jī)器人并行作業(yè)，它也要解決三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，一個(gè)是卓越突破機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃與仿真，第二是三維空間的自干涉與互干涉，第三是任務(wù)工作流時(shí)序的協(xié)同。我們?nèi)肆鳎阒悄苤圃觳皇菬o序生產(chǎn)，是人和機(jī)器合理分工，有人就有人流，第二是物流，我這個(gè)對(duì)象，加工的對(duì)象是焊接的車門，就是物流。第三個(gè)就是機(jī)器人的流，這三股流如何在時(shí)間的維度上合理的配合。那么這個(gè)通過持續(xù)的仿真，我們解決了多機(jī)器人運(yùn)動(dòng)干涉的實(shí)時(shí)檢測。取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由于技術(shù)的提升，使得實(shí)際效力大大提高，調(diào)試效力大大提高，整個(gè)生產(chǎn)線開發(fā)周期大大縮短。我們最近還幫助一個(gè)企業(yè)做了一個(gè)齒盤對(duì)于對(duì)焊成形狀自動(dòng)化生產(chǎn)，原先工作量比較大。針對(duì)這些，我們研發(fā)了齒盤堆焊自動(dòng)化生產(chǎn)線，此用機(jī)器人和外圍輔助設(shè)備，集成了焊料，檢測、堆垛多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)了齒盤焊接以后，對(duì)焊以后的幾何形狀完全符合尺寸的要求齒面。這里要有對(duì)堆焊的研究，首先要把工藝產(chǎn)品研究透徹。第二對(duì)齒盤堆焊成型進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括工藝流程的設(shè)計(jì)再造，生產(chǎn)線規(guī)劃，工裝設(shè)計(jì)等等。然后對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)集成。那么，這個(gè)是它一黏液要做將近3000千，每個(gè)小時(shí)做一片，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩臺(tái)機(jī)器人焊接一個(gè)齒盤。解決了它的技術(shù)難點(diǎn)，就是齒盤表面堆焊工藝參數(shù)的研究，所以對(duì)焊接工藝，對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的跟蹤檢測，焊好以后馬上進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，第三焊接過程多機(jī)器人協(xié)同控制，由于這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，大大提高了整個(gè)生產(chǎn)的效率，而且提高了它的質(zhì)量，使它人工打磨這個(gè)過程，基本上可以省略，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化漸進(jìn)成型，時(shí)間關(guān)系，我就介紹這些情況。最后，歡迎我們我們各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家到我們浙江大學(xué)，到我們機(jī)電學(xué)院進(jìn)行參觀指導(dǎo)技術(shù)合作、項(xiàng)目合作，我就講這么多，最后謝謝大家。
