人-机器人协作控制技术的优化

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：焊接机器人除了高超的执行能力外，它的感知能力、适应能力和智能决策能力仍然很低，这导致了焊接机器人只能应用于简单产品的自动化焊接。图5-5-24是人-机器人协作控制系统的示意图。图5-5-24 人-机器人协作控制系统3）人机智能系统界面研究，包括人与机器的界面和人机智能系统与环境的界面、反应人机耦合技术的信息交流的界面。

人-机器人协作控制技术是近年来提出的，是为解决焊接复杂性和目前机器人自主焊接能力局限性的矛盾，其缘由和研究目的如下：

第一，焊接的复杂性体现在焊接结构的多样性（大、小、厚、薄）、接头形式的多样性（对接、角接、搭接等）、焊缝位置的多样性、坡口准备质量的随机性、各种干扰的存在（弧光、定位焊、变散热、变错边、变间隙等）等。焊接的复杂性决定了自动化焊接的高难度，每一个产品对自动化焊接的要求都不同。

第二，作为自动化焊接水平最高的代表——焊接机器人近年来虽然取得了很大的进步，但是它的能力仍然非常有限。焊接机器人除了高超的执行能力外，它的感知能力、适应能力和智能决策能力仍然很低，这导致了焊接机器人只能应用于简单产品的自动化焊接。

第三，追求“机器人全自主焊接”一直是人类的梦想，但是研究和生产实践证明，当前实现全自主焊接还是不可能的。“智能代价说”表明，智能系统的智能越高，系统开发代价（费用和时间）就越大，可靠性越低。

第四，人机协作是解决复杂产品高质量焊接的一种有效的解决方案。机器人具有良好的执行能力，而人具有优越的适应能力和高智能分析决策能力，人与机器结合，合理分工，相互配合，将大大提高整个焊接系统的适应能力和智能水平。

正是基于以上考虑，提出了人-机器人协作焊接的思想，通过研究人机协作智能控制理论和方法，揭示人机协作智能控制的规律，建立人机一体化系统，实现人与智能机器人在感知与执行层面，特别是智能决策层面的结合，发挥人与智能机器人在感知、决策与执行层面的各自优势，从而增强整个焊接系统的适应性和鲁棒性，以扩大自动焊接的应用范围，完成复杂产品的焊接。图5-5-24是人-机器人协作控制系统的示意图。

人-机器人协作的主要研究内容如下：

1）增加机器人的感知能力，增强其对人的友好性和可操控性。

2）焊接中人与智能机器人在感知、决策和执行层面的分工原则，包括焊接中人的优势与劣势；焊接中智能机器人的优势与劣势；焊接中人与智能机器人的分工原则。

图5-5-24 人-机器人协作控制系统

3）人机智能系统界面研究，包括人与机器的界面和人机智能系统与环境的界面、反应人机耦合技术的信息交流的界面。

4）研究焊接人机一体化智能控制的结构模型。

5）研究焊接人机一体化智能控制策略，包括“人主机辅”控制策略、“机主人辅”控制策略、“人机协同”控制策略。

人-机器人协作控制技术的优化

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