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中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高級研究員楊桂林

協(xié)作機(jī)器人已成為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速，市場應(yīng)用最為廣闊的一類機(jī)器人，而協(xié)作機(jī)器人的柔順運動控制技術(shù)對于實現(xiàn)安全、高效的人機(jī)協(xié)作至關(guān)重要。

從安全防護(hù)網(wǎng)走出來的協(xié)作機(jī)器人，正在逐步融入人類的生產(chǎn)和生活環(huán)境，也必將與人類實現(xiàn)安全、高效、緊密的交互與協(xié)作。未來等待協(xié)作機(jī)器人的將是更加多樣化的工作任務(wù)和更加復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，這對其柔順運動控制技術(shù)提出了更高的要求。因此，協(xié)作機(jī)器人的柔順運動控制方法需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，主要將呈現(xiàn)以下幾方面發(fā)展趨勢。

（1）通過驅(qū)動關(guān)節(jié)本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提高協(xié)作機(jī)器人的安全性和柔順運動控制性能。例如：創(chuàng)新設(shè)計可變阻抗的雙定子力矩電機(jī)，或是在驅(qū)動關(guān)節(jié)中引入輕質(zhì)高效的變阻抗/剛度裝置，并基于變阻抗/剛度驅(qū)動裝置設(shè)計相應(yīng)的柔順運動控制器。通過關(guān)節(jié)本體的變阻抗/剛度特性和變阻抗控制算法的有機(jī)結(jié)合，可望顯著提高協(xié)作機(jī)器人柔順運動控制性能。

（2）采用理論模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動模型相結(jié)合提高協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)的動力學(xué)建模精度。精確的動力學(xué)模型一方面能夠有效地提高協(xié)作機(jī)器人的軌跡跟蹤和力控制精度，另一方面便于控制器優(yōu)化和控制性能分析，從而有助于提高協(xié)作機(jī)器人柔順運動控制性能。

（3）建立協(xié)作機(jī)器人柔順運動性能的分析評價方法，為柔順運動控制器優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。一方面需研究能夠表征機(jī)器人系統(tǒng)柔順運動控制性能的指標(biāo)；另一方面是研究機(jī)器人控制系統(tǒng)中各因素對柔順控制性能（如穩(wěn)定性、魯棒性、控制精度）影響的分析方法，如驅(qū)動器響應(yīng)特性、摩擦力、采樣時間延遲、動力學(xué)模型誤差和交互環(huán)境不確定性等。

（4）采用三維視覺技術(shù)與力感知技術(shù)相結(jié)合，提高對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和人類行為的感知認(rèn)知能力。通過信息融合技術(shù)和人工智能技術(shù)的引入，既可以提高對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模的可靠性和精度，又能夠?qū)θ祟惖膭幼骱托袨檫M(jìn)行認(rèn)知與預(yù)測，有助于對柔順運動控制策略進(jìn)行優(yōu)化選擇，也有助于協(xié)作機(jī)器人期望阻抗參數(shù)的智能化調(diào)整，從而使協(xié)作機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境并完成與人協(xié)作任務(wù)。

摘自《自動化博覽》2019年9月刊