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智能機(jī)器人在服務(wù)國家重大需求，引領(lǐng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障國防安全中起到重要作用，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。隨著新一輪工業(yè)革命的到來,世界主要工業(yè)國家都開始加快機(jī)器人技術(shù)的戰(zhàn)略部署.而智能機(jī)器人作為智能制造的重要載體，在深入實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，推動制造業(yè)的高端化、智能化、綠色化過程中將發(fā)揮重要作用。本文從智能機(jī)器人的感知與控制等關(guān)鍵技術(shù)的視角出發(fā)，重點(diǎn)闡述了機(jī)器人的三維環(huán)境感知、點(diǎn)云配準(zhǔn)、位姿估計、任務(wù)規(guī)劃、多機(jī)協(xié)同、柔順控制、視覺伺服等共性關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后，以復(fù)雜曲面機(jī)器人三維測量、復(fù)雜部件機(jī)器人打磨、機(jī)器人力控智裝配等機(jī)器人智能制造系統(tǒng)為例，闡述了機(jī)器人智能制造應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，并介紹了工程機(jī)械智能化無人工廠、無菌化機(jī)器人制藥生產(chǎn)線等典型案例。最后探討了智能制造機(jī)器人的發(fā)展趨勢和所面臨的挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，數(shù)字經(jīng)濟(jì)方興未艾，智能化、網(wǎng)聯(lián)化、柔性化制造加速推進(jìn)。人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、新材料、微電子、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)視覺等技術(shù)的進(jìn)步，為機(jī)器人的高度智能化奠定了基礎(chǔ)。機(jī)器人作為多學(xué)科交叉的新興門類，將是發(fā)展前景廣闊的朝陽產(chǎn)業(yè)。相信，發(fā)揮好機(jī)器人的撬動作用，不僅能讓制造業(yè)提質(zhì)增效，還有望開辟新領(lǐng)域、新賽道，為制造業(yè)發(fā)展創(chuàng)造新機(jī)遇。本期將分享中國科學(xué)院丁漢院士對機(jī)器人化智能制造的研究進(jìn)展，以及對未來發(fā)展趨勢的展望。

隨著企業(yè)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)型、人力成本的不斷提升以及人工生產(chǎn)弊端的不斷涌現(xiàn)，人工已不能滿足市場的更高需求，特別是在某些制造精度較高的地方，人工的質(zhì)量幾乎無法滿足生產(chǎn)要求。面對市場上日益激烈的競爭，直角坐標(biāo)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。直角坐標(biāo)機(jī)器人作為市場應(yīng)用中最為常見的機(jī)械裝置，由于其高精度、高負(fù)載、高性價比等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于搬運(yùn)、碼垛、噴涂等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。三菱Q系列PLC及QD75P2N定位模塊組成控制系統(tǒng)，配合插補(bǔ)運(yùn)算進(jìn)行直角坐標(biāo)機(jī)器人路徑分析，并可在X/Y軸上實(shí)現(xiàn)線性運(yùn)動。

為解決巡檢機(jī)器人在高壓電纜隧道狹窄環(huán)境中運(yùn)行時無法識別可通行路徑并自主規(guī)劃前進(jìn)路線的情況，本文提出一種基于雙目視覺的導(dǎo)航方法。雙目攝像機(jī)掃描隧道內(nèi)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后抽幀并通過點(diǎn)云精簡方法對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化。之后根據(jù)相鄰點(diǎn)的位置計算各點(diǎn)的法向信息，而后經(jīng)過K-Means聚類算法提取法向量相近的點(diǎn)集分割出水平面點(diǎn)云。由于無法區(qū)分步道平面和兩側(cè)水平地面，因此再以水平面點(diǎn)集的高度值用K-Means聚類做一次二分類用加以區(qū)分。在最終點(diǎn)集中提取左右邊界并計算中心線，通過擬合得到步道走向信息。最后通過分析擬合曲線在圖像中下端點(diǎn)與攝像頭視覺中線的關(guān)系以及下端點(diǎn)切線與視覺下邊界的關(guān)系解算出機(jī)器人當(dāng)前所處位置以及前進(jìn)修正信息。

在制造類企業(yè)的生產(chǎn)過程中，對相關(guān)成品的碼垛具有重要的工藝要求。在成品貨箱重量大、碼垛速度要求高的情況下，碼垛工作的人工勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低 。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，借助工業(yè)機(jī)器人完成碼垛任務(wù)，能提高企業(yè)生產(chǎn)中碼垛作業(yè)的效率和質(zhì)量，加快物流速度。

鐵路在國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中占有重要地位，推廣應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鐵路智能建造的重要途徑。本文圍繞軌道、道路、站房、隧道等場景的施工，以及鐵路設(shè)備制造、運(yùn)維等典型作業(yè)任務(wù)，介紹了國內(nèi)外鐵路建設(shè)領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合鐵路施工的難點(diǎn)問題， 對鐵路建設(shè)機(jī)器人的發(fā)展方向進(jìn)行了分析，最后介紹了本研究團(tuán)隊(duì)在相關(guān)領(lǐng)域的研究成果。

繩牽引并聯(lián)機(jī)器人采用繩索作為驅(qū)動，具有慣性小、運(yùn)動空間較 大、動態(tài)性能良好等優(yōu)點(diǎn)，成為一種新的機(jī)構(gòu)。其中，欠約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人繩數(shù)量少于自由度數(shù)，運(yùn)動具有不確定性，在康復(fù)醫(yī)療、飛行器試驗(yàn)等方面具有一定應(yīng)用潛力。其運(yùn)動學(xué)分析與控制是應(yīng)用中的核心技術(shù)問 題，如何高效地求解運(yùn)動學(xué)問題和實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動控制是研究熱點(diǎn)。本文針對欠約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀，對其運(yùn)動學(xué)分析與控制方法的進(jìn)展進(jìn)行了細(xì)致分析和總結(jié)。最后，對欠約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的未來研究方向進(jìn)行展望。

雙臂協(xié)作機(jī)器人是當(dāng)今機(jī)器人學(xué)科研究的一個熱點(diǎn)方向，是實(shí)現(xiàn) 柔性生產(chǎn)、智慧制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文介紹了工業(yè)、服務(wù)、軍事及 特種應(yīng)用的雙臂協(xié)作機(jī)器人研究現(xiàn)狀，討論了熱點(diǎn)研究問題，對雙臂協(xié) 作機(jī)器人的未來研究方向進(jìn)行了探討。

制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級對機(jī)器人的部署效率提出了很高的要求，現(xiàn)有的示教盒編程模式適合于對簡單作業(yè)的位置和軌跡示教，難以快速實(shí)現(xiàn)制造業(yè)中大量裝配作業(yè)的示教。而機(jī)器人演示編程技術(shù)能夠使機(jī)器人系統(tǒng)直接從人的演示操作中提取有效信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的運(yùn)動程序，從而使機(jī)器人完成相應(yīng)的操作，能夠大大加快機(jī)器人部署的節(jié)奏。本文結(jié)合制造業(yè)的發(fā)展需求，總結(jié)了機(jī)器人演示編程技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并介紹本課題組在機(jī)器人演示編程技術(shù)方面的工作，最后探討了機(jī)器人演示編程技術(shù)未來的研究方向。

研磨和鏟刮工序是機(jī)床工具行業(yè)必不可少的加工工藝，其加工質(zhì)量對機(jī)床的品質(zhì)影響很大。除去勞動力成本考慮，僅從研磨和鏟刮工作技能經(jīng)驗(yàn)及年輕人從事該工種意愿情況來看，該工種從業(yè)人員已嚴(yán)重不足。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，各行業(yè)生產(chǎn)對機(jī)床加工的需求量迅速增長，應(yīng)用“機(jī)器替人”解決企業(yè)生產(chǎn)瓶頸也將是發(fā)展趨勢。本方案結(jié)合企業(yè)用工情況和機(jī)器人智能技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)鏟刮與研磨工序的無人化作業(yè)，減輕工人的勞動強(qiáng)度、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。