谭建荣院士话机器人:三大趋势、四大难点、五大技术、六大问题、七大路径

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作为在机械设计及理论、计算机辅助设计与图形学、数字化设计与制造等领域有着几十年研究的资深教授,中国工程院院士、博士生导师谭建荣在国内的学界已经享有无数盛誉。从一个机械工人到学术界的泰斗,谭建荣院士说支撑自己向前走的是对科研和学习的热爱精神。

谭建荣院士在不断地研究和学习中总结出来的研究成果已经成为业内人士的“精神食粮”和企业发展的“向导”。在2017年,谭建荣院士对机器人又有哪些研究成果,《高工机器人网》整合了其关于机器人的五个重点论断,总结起来就是:三大趋势、四大难点、五大技术、六大问题、七大路径。

值得一提的是,2018年1月11-12日,以“新时代·新机会·新使命”为主题的2017高工机器人年会将在东莞·观澜湖度假酒店会议中心隆重举行,届时谭建荣院士将出席本并发表精彩演讲。

- 三大趋势 -

机器人已历经几十年的发展,在谭建荣院士看来,主要有以下三大趋势。

一是软硬融合。机器人软件比硬件更为重要,因为人工智能技术体现在软件上,数字化车间的轨迹规划、车间布局、自动化上料都需要软硬件相结合。因此,机器人行业的人才既要懂机械技术,又要懂信息技术,尤其是机器人的控制技术。

二是虚实融合。通过大量仿真、虚拟现实,能够把虚拟现实与车间的实际加工过程有机结合起来。

三是人机融合。人、机器和机器人这三者如何有机融合值得业界的深入思考。

- 四大难点 -

谭建荣院士指出,从技术上看,当前企业在应用机器人技术时,主要面临着四大难点问题。

第一,运动精确性问题。机器人操作的精确性比不上人工操作,其实运动精确性问题,从技术上看就是如何实现工业机器人运动学精确建模与求解。

第二,作业平稳性问题。理论上机器人的关节是一个点,实际上机器人的关节有间隙,所以这需要考虑运动副间隙影响下的机器人平稳作业问题。

第三,布局的多样性。具体是如何考虑布局设计快速地适应公司的新产品、新工艺。

第四,操作易用性。机器人的操作、控制开关和日常维护、保养等,所需高等技术人员的工资比不用机器人时普通操作工工资高。这就需要实现机器人的示教,提高机器人的易用性。

此外,他还指出工业机器人也面临着系统协调性和应用经济性问题。针对这些问题,谭建荣及其团队做了研究,取得了一些突破。其提出的一些技术也申请了国家发明专利。如根据焊接线的工艺需要,进行三台机器人高度异面布置和工作双工位旋转的布局方案。通过仿真,机器人可以实现车门快速化焊接,实现56秒的生产节拍。

- 五大技术 -

谭建荣院士指出,机器人学是一个多学科交叉的高技术领域,其有五大关键技术,即伺服电机、减速器、运动关节、控制器以及执行器,而目前中国机器人最需要突破的领域也就在这五大关键技术之上。

- 六大问题 -

由于有了机器人的应用,使得制造业更加向数字化、智能化、拟人化和绿色化的方向发展。鉴于自己对于一些工业机器人企业的调研,谭建荣院士总结出目前企业在机器人应用上面还存在的六大问题。

第一,如何实现工业机器人的配制显型?比如说如何实现工业机器人的配置设计?同样一个汽车的配置不一样,价格也就不一样。这个机器人的配置够不够,完备不完备,是否需要再提高?这都是需要考虑的问题。

第二,如如何实现工业机器人的布局设计?通过作业流程设计、运动学动力学设计以及它的精确性和平衡性的设计,从而让机器人变得更加柔性化,能够适应不同的产品生产模式。

第三,如何实现工业机器人的作业规划?具体来说,要设计工业机器人实行作业突破,机器人路径规划,使得机器人工作周期的时间尽量短。

第四,如何实现工业机器人运动学动力学分析?实现机器人精确的定位,精确的轨迹要进行运动学分析,使机器人运动具有平稳型就要进行动力学的分析。机器人灵巧运动控制,如何减少机器人关节间隙带来的冲击与振动,确保机器人运动的精确性和操作的平稳型。

第五,机器人应用中如何实现机器人的虚拟现实与仿真?这个问题需要解决的技术难题是实现机器人示教点位姿优化,虚拟示教运动偏差的检测和校正,虚拟示教的路径和值与时间最优运动规则,如何在虚拟现实环境中实现机器人作业过程当中人文、人流的协调性。

第六,如何实现机器人应用系统的集成设计的问题?机器人的效率和质量最终都要体现在系统的集成应用上。这也是目前谭建荣院士一直在研究的课题。

- 七大途径 -

从机器人发展的趋势,谭建荣院士也总结出了机器人的七大发展路径。

第一,从串联机器人到串并混联的机器人。串并混联机器人同时具备并联结构的刚性强和串联结构的控制空间大的优点。

第二,从刚体机器人到刚柔体机器人。通过柔体机器人的末端或者本体实现可达性和灵活性,利用柔性机器人可以在航空构建上解决钻孔和打孔的难题。

第三,从单机器人作业到多机器人协同工作。在制造空间的分布性、功能的分布性、任务的并行性,以及任务作业的融触性受到限制时,构建数字化车间或智能化车间的空间是有限的,并涉及到执行任务的先后时序问题,因此凭借单台机器人是不能达到目的的。

因此,多机器人的信号传递,即达成机器人之间的通讯,公共工作空间的互属,互不干涉,以及整个作业任务的协同问题正逐渐引起业界的广泛重视。

第四,机器人技术与物联网技术相结合。通过工业机器人和物联网的结合,催生出智能柔性的自动化装配焊接。通过物联网,工业机器人具有感知的能力,也就是具有了视觉、触觉,能够实时采集生产过程中的各种数据。

第五,虚拟现实结合。虚拟现实结合系统可以降低对机器人依赖,降低生产成本,提高效率,进一步消除机器人的安全隐患。通过虚拟现实的模拟,机器人的每一个轨迹和位置,都能在使用者的预料和控制当中,防止出现意外。

第六,机器人技术与模式识别技术的结合。模式识别用于机器人的检测特别有效,机器人在加工零件时,能够检查出有没有质量的瑕疵、不符合的技术条件等。

第七,机器人技术与人工智能的结合。机器人与人工智能相结合后,机器人将不再被固定在围栏内,而是人机协同与人机融合。这是机器人最本质的特征,但是真正要做到这一点,难度还很大。

谭建荣院士经典语录:

1、 无论是美国先进制造计划,还是德国工业4.0,还是中国制造2025,都是围绕三个核心,一个是互联网+,二是智能制造,第三个是机器人应用。

2、智能制造和机器人应用是两个相互的概念,有三项技术对智能制造的支撑是非常大的,第一个就是大数据,第二个是移动网络,第三个是机器人。

3、机器人做的好不好,和原来产品的生产工艺熟悉不熟悉有很大的关系,如果熟悉就有很好的基础,所以要用自动化去实现生产线,基于机器人的特点,对产品的工艺进行重组和重构,根据现在的技术条件和技术水平重构原来的产品。

4、用机器换人,还做原来的产品,附加值不高,要通过创新设计,用机器人技术做新产品、新工艺,这才是机器人应用的最大价值。

5、制造业与互联网融合,需要解决“异构集成”、“实时共享”、“知识推送”三大瓶颈。

6、中国国内企业必须要先练好内功,而要练好内功,就必须从基础研究开始,将机器人的结构学、动力学、控制技术、人机交互技术等理论研究深入,才能真正形成有竞争力的自主品牌。

7、制造业发生了深刻的变化,现在全球制造业变化主要是两个部分,一个来自企业外部的变化,过去以产品为中心,现在要过渡到以市场为中心,进一步要过渡以顾客为中心。

8、智能制造有两句话简洁概括:一是智能技术与制造技术的融合,二是用智能技术解决制造的问题。

9、对一家生产制造型的企业来说,必须要实现人、机器、机器人的合理分工和协同作业,才能最大幅度的提高生产效率,而并不是只盯着自动化程度的高低。

10、目前制造业转型升级主要面临四大障碍:劳动力、资源、污染、管理等四个方面密集的制造模式。

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