聚焦机器人技术创新 助力产业智能升级——专访哈工大机器人集团股份有限公司执行总裁王洪波

哈工大机器人集团股份有限公司(以下简称“HRG”)是国内机器人行业的一家高新技术企业。近年来,HRG在工业机器人、服务机器人、特种机器人等技术研发和产业化应用方面取得了较大发展成效,探索形成了“科创产教”共同体模式,为提升我国机器人产业技术水平作出了积极贡献。近日,本刊记者专门采访了HRG执行总裁王洪波,就HRG的机器人研发创新等工作进行了探究。

哈工大机器人集团产业运营生态圈及机器人产业发展动向

如今,在我们的生活中随处可见机器人的身影,伴随科学技术的快速发展,机器人正变得越来越智能,并且在工业、教育、医疗、安防等诸多领域发挥了重要作用。为进一步推动机器人产业发展,哈工大机器人集团在总结过去实践经验的基础上,构建了一套完整的产业生态圈,并对机器人产业的未来发展方向提出了独到见解。

基于多粒度联合孤立森林的机器人实时异常监控方法

针对机器人实时异常监控问题,提出了基于多粒度联合孤立森林的实时异常监控方法。该方法对机器人的历史数据进行多粒度参数重组得到一系列具有不同参数组合的数据集,每一个数据集都可以训练一个孤立森林,最终产生了一个孤立森林集合。多个孤立森林联合投票策略是使用一个异常数据集对各个森林进行测试,求出异常数据集在每个孤立森林上的平均异常分数,并由此确定每个孤立森林在联合孤立森林模型总体决策中的话语权。以机器人的碰撞异常作为监控对象对该方法进行评价,监控准确率达99.8%,且报警平均延迟仅为26.72 ms,说明该方法能够有效地实现机器人实时异常监控。

紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节设计

内嵌扭矩传感器的紧凑型一体化关节可增加机器人的负载质量比,提高力控安全性,更适用于服务行业。通过对轻型协作机器人关节的研究,提出了机器人关节系统整体设计方案。基于关节设计参数,研究关节系统工况负载下的可靠性。对关节扭矩特性进行分析,设计了17型号关节扭矩传感器本体,并采用有限元仿真方法,验证了应变片安装位置的合理性。研制了放大与低通滤波电路系统,并对传感器进行实验分析标定,拟合扭矩电压特性曲线,得到线性度、灵敏度、迟滞和零漂参数。最后对研制的关节整机进行负载测试,并应用于五自由度碳纤维轻型机械臂系统。结果表明:紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节质量轻、负载能力高,扭矩传感器具有较高的精度和灵敏度。

驱控一体化机器人关节的研制及应用

对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。

基于数字孪生的码垛机器人工作站在线监测研究

采用数字孪生技术对码垛机器人工作站进行研究,针对码垛机器人工作站的基本工艺流程,提出一种数字孪生模型构建方法,设计并完成了码垛机器人工作站在线监测系统,通过通信协议(Transmission Control Protocol,TCP)技术和机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)共同完成物理码垛机器人工作站与虚拟码垛机器人工作站两者之间数据交互与实时通信,实现对码垛机器人工作站的工作状态进行可视化在线监测。研究表明,所构建的码垛机器人工作站孪生体可与物理实体实时随动,通过对物理实体工作状态的数据采集,完成实时可视化在线监测,保证了六轴协作臂对物块的抓取和定位准确率高达99.17%,可以进行准确的位置码放。

基于视觉反馈的磁性微型机器人自主导航控制

磁性微型机器人在生物医学中具有较小的侵入性,且易于通过微窄的环境,近些年来成为一个新兴的领域。然而,设计可以应用在复杂环境中的微型机器人自主导航控制系统仍旧是一个挑战。提出了一个基于显微视觉反馈的微型机器人自主导航控制方案,设计了语义分割模型以构建显微视野下的全局语义地图,然后改进了RRT-connect路径规划算法,并基于强化学习设计了轨迹跟踪控制模型以跟随规划路径。最后,搭建实验平台进行了微型机器人自主导航的实验,结果证明:所提方案能够在复杂的环境下构建环境语义地图,并实现路径的规划与导航控制。

基于Levenberg-Marquardt算法的串联协作机器人精度标定研究

目前研究的串联协作机器人精度标定方法标定误差较大,导致定位精度较低。为解决上述问题,基于Levenberg-Marquardt算法研究了一种新的串联协作机器人精度标定方法,参照空间坐标系转换原理和运动行为参数,将多个机器人的每个关节看作标杆,机器人通过思维规划完成需要执行的运行指令,并将指令拆分,转化为坐标的形式,通过共享模式与其他机器人行为互通,保证串联协作机器人精度标定行为的连贯性,根据Levenberg-Marquardt算法对协作机器人精度标定模型结果进行优化处理,将机器人在完成任务的基础上,需要移动的范围内固定好标定板,实现精度标定。实验结果表明,基于Levenberg-Marquardt算法的串联协作机器人精度标定方法能够有效减少标定误差,提高定位精度。

复合机器人的应用和发展综述

复合机器人是在机器人技术基础上进一步开发得到的新产品。首先介绍了复合机器人的主要研究方向和关键技术。然后介绍了机器人在国内外的发展情况,并对比国内外研究成果,阐述了复合机器人发展的难点,指出我国复合机器人发展的不足。最后指出了复合机器人可能实施的应用领域,为今后复合机器人的研究提供参考。

双臂型井下巡检机器人动力学分析

针对煤矿井下巡检作业安全问题,设计一种可用于井下巡检的多任务型双臂机器人。基于D-H法建立巡检机器人双臂数学模型并进行正逆运动学分析,运用MATLAB机器人工具箱建立巡检机器人双臂模型,并进行运动学仿真及末端轨迹规划,验证了运动学模型建立的正确性和结构尺寸的合理性。采用Newton-Euler法建立机械臂动力学方程并计算各关节理论力矩,运用Adams建立巡检机器人双臂虚拟样机模型并进行动力学仿真,分析末端执行器运动轨迹为曲线时各关节的仿真力矩。通过理论计算与仿真结果对比分析,验证了井下巡检机器人双臂动力学模型的合理性,满足井下巡检作业要求,为后续井下巡检机器人样机设计及产品开发提供理论依据。

基于一体化关节的模块化六轴机器人技术研究

为适应不同应用场景机器人的定制化需求,研究基于一体化关节的模块化六轴机器人搭建技术。研制14和25两种型号关节,确定其机械与电气通信接口,并测试得到关节性能参数。选用BRR腕结构六轴机器人构型,通过MDH参数法得到该构型模块化机器人正运动学特性。通过分析机器人最大工况负载,研究臂展、加速度及负载之间关系。以设计的50 N负载机器人为例,仿真最大负载工况空间运动轨迹,并联合ADAMS软件进行动力学分析,验证机器人各关节的负载特性。基于模块化机器人技术,搭建两种臂展机器人,使用激光跟踪仪对机器人进行标定实验,并将机器人应用于巡检作业场景。结果表明:基于一体化关节的模块化机器人技术,可快速实现对臂展和负载的定制化需求。

考虑随机延迟的智能机器人路径跟踪控制

针对智能机器人提出了一种考虑随机延迟的鲁棒路径跟踪控制算法。首先,考虑到系统的非线性特征,采用二型模糊模型方法逼近系统横向动力学;其次,为了兼顾时变数据丢失和网络延迟的影响,提出一种广义的集总延迟形式来统一时变数据丢失和网络延迟,并将其描述为随机分布;然后,基于李亚普诺夫函数理论,给出了一组充分条件,用于计算所设计控制器的增益;最后,进行了仿真模拟,以说明所提方法的有效性和鲁棒性。

机器人在罐体及钢管、板等离子切割站的应用

本工作站针对用户要求可实现对罐体直径为φ500-1500mm、壁厚4-8mm.、长350-2400mm;管子φ76-400mm、壁厚4-8mm、长350-2500mm;材质为304不锈钢或Q235碳钢的工件进行相贯线孔的等离子切割。采用6自由度机器人与罐体滚轮变位机、管子变位装置等联动的方式,一次装卡工件,全自动完成多孔切割工作。同时为用户提供了很多扩展功能,除切圆管外还可切方管、H型钢、角钢等,并可对管子进行直切、斜切等工作。工作站采用了机器人在中间的U型布局的形式,设置了切割平台还可对平板进行任意形状的坡口切割。充分发挥了6自由度机器人的功能。工作站结构先进、形式新颖。

仿生机器人研究综述及发展方向

随着智能机器人技术的进步,机器人的可应用领域逐渐得到拓展。仿生机器人作为其中重要的组成部分之一,成为世界各国研究的热点。本文对仿生学、仿生机器人的定义进行阐述,系统梳理和归纳了近年国内外专家学者对仿生机器人研究的主要成果,并对仿生机器人的未来发展趋势做了简要总结。

消防机器人灭火救援应用技术的分析

消防机器人在灭火救援中的应用是机器人在消防事业中运用的一个重要表现,它的运用有效地提升了救援的效率,又为人们的生命健康安全提供了一定的保障,增强了灭火救援的效果,因此,灭火救援的质量和水平也随着消防机器人的应用得到了加强。本文首先简要地分析了消防机器人灭火救援应用技术发展的意义,然后从三个方面出发阐述了消防机器人灭火救援应用技术,以此来供相关人士交流参考。

通用型工业机器人拖动示教臂系统的研究

工业机器人在工业加工领域使用越来越广泛,主要示教方式有离线编程、示教器编程、牵引示教等。现设计一种通用型拖动示教系统,可广泛用于大部分工业机器人示教。首先分析机器人运动学模型,求解运动学方程,建立示教臂机械误差补偿模型,实现对示教臂运动学模型参数的修正;然后优化示教臂末端坐标系校准模型,设计示教臂本体结构,优化示教臂结构参数和性能,从而实现通用型示教臂的设计与研究。

适用于无人加油机器人的汽车通用油箱内盖

设计了一种适用于无人加油机器人的汽车通用油箱内盖,介绍了其结构,分析了其工作工程。应用这一汽车通用油箱内盖,可以提高无人加油效率和无人加油过程中的动作精准度。

智能睡眠干预机器人运动平台的设计

基于医学理论,设计了智能睡眠干预机器人的运动平台。通过理论计算与仿真,确定了运动平台的关键参数。通过测试,验证了运动平台的性能,可以使机器人实现物理助眠的效果。

多悬挂轮式机器人底盘通过性研究

为提高服务机器人通过性能,提出一种多悬挂底盘结构。通过对现有服务机器人调研,分析主要性能指标并完成多悬挂轮式机器人底盘设计。分别建立多悬挂及传统结构底盘数学模型,对比分析越障高度和爬坡角度。基于ADAMS搭建台阶及斜坡工况进行动力学仿真,得到两种底盘的最大越障高度、最大爬坡角度及动力学特性。最后搭建实物样机,对多悬挂底盘进行实验,验证其通过性能。结果表明:多悬挂底盘适用于通过性能要求高的场合,传统底盘适用于车身稳定性要求高的场合,可根据不同的应用场景选择相应的底盘形式。

爬壁机器人技术及应用

在很陡坡度的外壁上进行作业是十分危险的.目前开发能在壁面上贴附并能移动进行作业的机器人是十分必要的,也是当前迫切需要开发的研究课题,其需求的对象如:用于核电站炉心内壁上清除污染物的机器人。