機器人控制發(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更多資料請訪問.HYPERLINK E:還未拷貝企業(yè)治理進展戰(zhàn)略(http:.)(.)HYPERLINK N:整理后.N:整理后.指導教師評定成績(五級制)：指導教師評定成績(五級制)：指導教師簽字：從工業(yè)的角度看機器人操縱進展的現(xiàn)狀和前景ogy BrogrdhABB機器人、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)于機器人制造商來講機器人操縱技術(shù)是一項核心競爭力。為了改善機器人性能、減小機器人成本和開發(fā)新的功能，機器人制

2、造商做了大量的研發(fā)工作。當今，在這一進展領(lǐng)域最引人注目的是多機器人操縱、安全操縱、力操縱、三維視覺、遠程操縱機器人的監(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)應用和機器人制造商所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。現(xiàn)時期，基于模型的操縱是工業(yè)機器人操縱的關(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)域找到機器人以后進展的驅(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。在那個地點本文提出了以后機器人操縱進展的一些情況。一種情況是，輕型機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，如此就使得即插即用功能變得更為重要。獲得高度模塊化機器人的一種途徑是利用近年來進展起來的一種新型的并行結(jié)構(gòu)機器人結(jié)構(gòu)。相關(guān)于機器人底座來講并行機器人結(jié)構(gòu)有專門大的工作空間。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)生的熱應力和疲勞應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)機器人的進展是在遠離它的限制, 需要大量的

4、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。#2007愛思唯爾有限公司保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞:工業(yè)機器人,機器人操縱;操縱功能;操縱應用簡介工業(yè)機器人進展的特點是一個大范圍的多學科技術(shù)的融合。這些技術(shù)專門多都不是特定面向機器人的，能夠通過其他更廣泛的產(chǎn)品領(lǐng)域得到進展。然而，機器人操縱，尤其是機器人運動操縱，對不同的機器人產(chǎn)品相差專門大，同時構(gòu)成了對工業(yè)機器人的進展最重要的關(guān)鍵能力之一。通過應用和進展先進的操縱技術(shù),就有可能不斷提高機器人的性能,這關(guān)于工業(yè)機器人自動化性能的提高和成本的降低是專門有必要的。應該強調(diào)的是，汽車產(chǎn)業(yè)包括他們的供應鏈是今天主導客戶forindustrial機器人（聯(lián)合

5、國歐洲經(jīng)濟委員會，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)動著機器人的進展。因此,現(xiàn)在的大多數(shù)機器人,都適應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,有必要使機器人操縱與工廠自動化系統(tǒng)的諸如應用協(xié)議、通訊系統(tǒng)、I / O接口、PLC設(shè)備、用戶界面、工藝設(shè)備等相適應，以達到不同機器人產(chǎn)品之間的最佳利用和最短的切換時刻。(RIA及美國國家標準與技術(shù)研究院,2000年)。世界汽車工業(yè),將是上述陳述觀點的騰飛點，完全機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)動機和動

6、力總成在某種程度上也實現(xiàn)了機器人自動化(ABB-1,2003年)。這些應用技術(shù)差不多專門好的建立起來，機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，成本壓力意味著需要進展少用具有更復雜的機械振動模態(tài)和更大的動態(tài)變化的剛性機械結(jié)構(gòu)的單獨機器人，而這種機器人必須由操縱系統(tǒng)處理。圖1 . 多機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器人的編程方法。 矩器確實是機器人力操縱有專門大潛力的一個例子。再進一步看汽車制造業(yè)自動化程度的現(xiàn)狀，目前只有極少數(shù)的機器人

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

8、產(chǎn)概念。目前流行的一個例子是多機器人操縱以及由幾個機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(布雷丁，2005)。在工業(yè)上采納多機器人操縱的要緊緣故是通過讓機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，幾個機器人由一個操縱器操縱，就能夠節(jié)約占地面積、改善幸免碰撞性能、減少周期時刻。在電弧焊接時, 同時從不同的方向?qū)ο嗤膶ο筮M行焊接，跟有可能達到焊接熱量的均衡分布。通常的一種裝置確實是使用兩個或更多的機器人在同一個工件焊接，該工件由一個或兩個自由度的機械手旋轉(zhuǎn)。關(guān)于更高的靈活性，工件也能夠由一個機器人夾持(圖1)，另一個機器

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共同的機器人車體上機器人組織的協(xié)同性，來降低點焊機器人的循環(huán)時刻。進展多機器人操縱系統(tǒng)時，一個專門困難的操縱實例確實是如何實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化伺服參考的精確定時以及協(xié)調(diào)不協(xié)調(diào)的動作、異常處理和故障恢復的平滑的過渡。當一大群機器人工作在一個大型生產(chǎn)線工作時也有那個問題，確實是如何動態(tài)地給機器人和集群機器人分配任務以達到最優(yōu)生產(chǎn)率。同時,必須注意到collabor -ating機器人比單身的機器人更難于編程，因此離線編程機器人和細胞模型更有積極性。另外一個問題是合作機器人裝置的精確度。因為串聯(lián)運動鏈需要被操縱，比起單個機器人裝置，伺服回路及機器人的運動學和動

10、力學模型錯誤將給工具和工件之間產(chǎn)生更大的姿態(tài)偏差。因此, 多機器人操縱的進展會刺激器人的運動學和動力學模型以及機器人的伺服性能的進一步改善和提高。多機器人操縱是需求相關(guān)的是開發(fā)機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)。負荷達500公斤機器人差不多著手開發(fā)。一重負荷處理機器人擁有與車身零件夾具而其他機器人則沒有，例如，點或弧焊接機器人。這種自動化解決方案的動力來自用機器人取代單一的目的運輸系統(tǒng)產(chǎn)生的更高靈活性。除了多機器人這種操縱方面，向更高的負載能力進展導致降低機械機器人固有頻率和增加精確模型和操縱機器人的結(jié)構(gòu)。另一種流行的進展方向是朝著在機器人安

11、裝新的安全安排（ESALAN系統(tǒng)，2006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工作范圍限制的可能性，這使得它更廉價，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)約占地面積在車間。也有一些打算,進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)。所需的冗余因此能夠

12、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同意的應用。一個操縱方面的新安全觀念是如何利用差不多運行了機器人的實時模型在機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)的不斷進展，能夠?qū)σ院笕祟愒诟俚臋C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。還有一個持續(xù)的進展方向,在使用無線通信技術(shù)在機器人系統(tǒng)能夠發(fā)覺,(Katzel,2004年)。無線通訊最大的熱點,是關(guān)于示教系統(tǒng)和操縱器之間的溝通, 另外一個熱點確實是機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)驗表明，一個車間的環(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。同時也應該指出由于大部分無線傳輸設(shè)備消費市場生產(chǎn)的，有可能將這些裝置用作成本低的機器人操縱器用戶界面（德安杰洛和Corke，2001年）。在機器人操縱的進展前景,新安全機制的無線傳輸、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蘇達權(quán)等,200

14、6)。專門長一段時刻以來，盡管機器人制造商已能將機器人進行力的操縱，尚未有廣泛的利用那個功能。應用場合的實例確實是用六維指尖力/力矩傳感器來操縱的工業(yè)機器人研磨，去毛刺，去毛刺，研磨，拋光，測試和組裝。在材料去除的應用，力傳感器為基礎(chǔ)的操縱優(yōu)點是工藝質(zhì)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)的操縱應用中，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)的緣故。為了增加使用力傳感

15、器操縱的機器人的應用，編程和調(diào)試方法需要進一步進展，工藝參數(shù)的標準設(shè)置和低成本力傳感器應加以進展?？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)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器人合作中不可缺少，正在進展的力/力矩傳感器操縱，如何整合該技術(shù)到機械手系統(tǒng)的協(xié)作顯得特不重要。圖3 . 利用計算機軟件、觸摸屏、高效的應用開發(fā)工具、教學吊墜，同時也是一種通用的圖形用戶界面裝置和一個專門的機器人編程器和操作工具。正如對力的操縱，機器人視覺系統(tǒng)差不多使用了專門長時刻了，但沒有找到任何制造業(yè)機器人大量應用的情況。緣故之一確實是缺少了在

16、一個典型的工作間環(huán)境下的二維視覺系統(tǒng)較強的魯棒性, 操縱機器人視覺系統(tǒng)要緊用于在攝像機的場景已專門確定，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。三維視覺的要緊進展因此與特征提取和其他的計算機視覺問

17、題相關(guān)聯(lián)，機器人操縱來設(shè)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),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。關(guān)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從進程失敗中能進行有效的恢復。從一個更長的角度來

18、看，搬運，裝配，跟蹤，檢查，校正，三維視覺等概念能夠進一步整合到機器人操縱器中，從性能的角度來講它可能激發(fā)在伺服回路方面某些機器人應用技術(shù)采納三維視覺技術(shù)。其他正在進行的機器人技術(shù)的提高涉及到機器人的操縱器用戶應用界面，其宗旨是使機器人編程，操作和維護簡單，盡管機器人系統(tǒng)的復雜性不斷增加?；跈C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），用于邏輯操縱和先進的工藝和設(shè)備操縱

19、的PLC操縱功能集成到機器人操縱器中，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進展。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)。這種進展一定會接著，在實時動態(tài)模式運行的機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) 在機器人學被認為是特不重要的，以滿足對性能的改進和成本的降低這一對矛盾的要求（圖4）。不斷的進展的方向是更加復

20、雜的運動學和動力學模型，更復雜的多輸入多輸出（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，較低的特征頻率機和擴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術(shù)研究，大量的應用研究需要進一步改善基于模型工業(yè)機器人的魯棒操縱。與基于模型操縱的進一步進展攜手并進的是采納虛擬原型機來提高性能/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)計的重要進展(Pettersson,2005)。特不重要的則是由機械設(shè)計和機器人操縱專家組成的機電一體化團隊設(shè)計方法。3、以后工業(yè)機器人操縱進展驅(qū)動力跟所有其他工業(yè)產(chǎn)品一樣，由機器人的進展要緊是其用戶的需要所支配。然而, 就

21、其用途廣泛而言機器人也十分獨特,這意味著機器人技術(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展(機器人制造商聯(lián)系,2006)。從應用需求動身，需要妥善處理新工藝產(chǎn)生的要求和改進傳統(tǒng)工藝的要求之間的關(guān)系。新工藝是指工業(yè)機器人相結(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專門受歡迎關(guān)于一個特定的圖4 . 由一個共同的操縱器操縱的機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模型來實現(xiàn)。應用或材

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)量同時新的自動化概念不時的試圖獲得產(chǎn)量的顯著增加。這種概念的例子是緊湊型機器人，向后彎曲的機器人，重載機器人，多機器人操縱，精確的離線編程機器人，靈活的框架機器人，傳感器操縱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 . 為了滿足機器人離線編程對機器人精度

23、日益增長的要求，運動學和彈性靜力學辨識和補償方法不斷精確化，今天0.5毫米的體積精度甚至一個大型的機器人上也能夠達到。與此同時，由于用戶應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)域利用機器人的最新技術(shù)成果。因此，PC領(lǐng)域硬件和軟件兩個方面的進展都會對機器人操縱器進展產(chǎn)生專門大的阻礙，應用此項技術(shù)的努力來自電信領(lǐng)域。軟件開發(fā)和維護的成本不斷增加，一個專門長的軟件壽命時刻是如此的重要，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概念差不多上機器人操縱器的進展重要的推動力。盡管在機器人技術(shù)進展最快的出現(xiàn)在在操縱器方面，同

24、時也存在著一些機電技術(shù)推進一面。更有效、更大的緊湊齒輪箱、更符合成本效益的電機和驅(qū)動系統(tǒng)、更廉價的碳復合材料和更先進的機械設(shè)計工具。在長期的角度來看, 對汽車工業(yè)及其次級供應商來講，機器人確信是有一個持續(xù)進展。在那個地點可能發(fā)生的是燃料價格上升，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，問題確實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

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)將成為以后機器人進展的動力之一。在那個地點，基于Delta 概念的并聯(lián)機器人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部分是最后組裝。今天將機器人技術(shù)用于裝配，問題就出現(xiàn)了，幾何復雜性和工作對象的多變性，安全圍欄所需的空間與復雜的機器人編程和耗費時刻的故障處理等等。只有專門少的機器人設(shè)備能

26、夠?qū)ｉT經(jīng)濟的應用此技術(shù)，例如，上膠和車窗安裝。在這種專門情況，健康風險是機器人引進一個重要緣故。在重升降機中，工作條件刺激了引進設(shè)備以協(xié)助完成。在那個地點,一個差不多進行了幾年的開發(fā)項目確實是開發(fā)免受被動機械系統(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)實的自動化解決方案同時這一概念不能進展為一個完整的機器人化汽車裝配。相反，能夠預期，汽車行業(yè)將推動裝配機器人系統(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器人的進展的其他行業(yè)，一種可能是看今天缺乏有效利用機器人做基礎(chǔ)設(shè)施的制造系統(tǒng)。那個地點有一個機會，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、標定、編程和維護的低成本的安全機器人系統(tǒng)。那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)動身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)機器人將會有專門多其他重要領(lǐng)域在那個進展方向走更遠的路。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，1999年）、對消費品的處理、飛機大部件的整機裝配零部件加

28、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。假如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)一個新方向進展。從來自以后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特不重要。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能夠遠高于一個關(guān)節(jié)機器人,然而假如關(guān)節(jié)機器人的性能有了顯著的提高的話，關(guān)節(jié)機器人將占據(jù)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)機器人的例子是高性能激光切割，等離子切割裝配和機加工。既提高了機

29、器人的性能和新的柔性自動化的概念的一個例子確實是鐵鑄件的補爐(Lauwers, Wallis, Haigh, & Sohald,2004)。在這種情況下，第三個方面也專門重要，那確實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)機器人應用例子能夠找到。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 . 為了使機器人的編程更加簡單，引導編程有望成為一機器人的機械手臂用于機器人手臂的運動精確的測量。 個重要的技術(shù)。在那個地點，引導編程是用測量臂連接到機 器人的ABB TeachSa

30、ver編程軟件上。4、以后工業(yè)機器人操縱的進展前景盡管長期進展方向?qū)ｉT難預測，一些前景依舊能被勾勒出來，即在可觀測的機器人應用情況的要緊驅(qū)動力的基礎(chǔ)上如何樣做出一個合理的外推。由于汽車業(yè)是目前機器人進展的要緊動力，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、快速和纖細的機器人代替大量的笨重的點焊機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)，點焊機器人焊槍部分所承受的載荷將從全然上降低。這意味著,在不遠今后會看到使用集成化的執(zhí)行器解決方案、纖維復合材

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器人實現(xiàn)場景。即使一個輕量級的高速電機連同一個輕量級的大傳動比的減速機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)行機構(gòu)以及機器人的安裝可采納更小巧的框架結(jié)構(gòu)，機器人裝置可能會變得更廉價。為了使苗條的輕量級機器人關(guān)于工具力的僵硬，機器人操縱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, 19

32、94)、能夠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，基于操縱器中運行的實時操縱模式。在這種情況下重要的因此是有準確的動態(tài)模型。工業(yè)機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。一個輕快苗條的機器人概念還被用于汽車廠總裝線任務。在這種情況下，然而，必須也包括直觀的編程人類與機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)將會太復雜。因此，充分的安全是必要的，低移動質(zhì)量和柔順操縱機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。這能夠通過使用測量信號產(chǎn)生殘差和利用機器人操縱冗余的檢測來實現(xiàn)。假如六維指尖力/力矩傳感器