双臂协作机器人建设新一代人机共融生态

昆山智能装备研究院系中科院沈阳自动化研究所科技成果产业化基地，成立于 2017 年，是“机器人技术国家工程研究中心江苏中 心”、“机器人学国家重点实验室双臂机器人实验室”建设依托单位开发的双臂协作工业机器人、自动化生产线等系列化产品 , 在金属 板材加工、铁路智能检测、陶瓷制造、电子装配、半导体物流等多个行业已产业化应用， 致力于中国科学院高新技术成果的产业化应用 , 构建长三角地区新型链与产业链的有机融合 , 打造星星之火可以燎原。

　　1 背景　　机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，满足人类在众多 领域的生产和生活服务需要作为信息技术、控制技术、智能 制造技术集成创新的重大成果，机器人在推动以智能化为特征 的产业变革进程中发挥着日益重要的作用。

大多数工业机器人 只有一个手臂，在结构化的工业环境下具有较好的作业能力， 然而当他们面对准结构化、甚至非结构化的复杂环境时，往往 无法满足生产需求昆山智能装备研究院自主开发的双臂机器 人为这个问题带来了现实的解决方案。

　　双臂机器人是近几年出现的一类新型协作机器人，从仿生 的角度看，该类机器人更适合代替人工完成制造作业，具有广 泛的应用前景双臂机器人双手可协作完成任务，有防碰撞和避障功能，可以完美实现人机共融工作相比较于单臂的工业 机器人，双臂机器人的开发操作能力和适应性更强，更能满足 应用的要求，是机器人未来发展的方向之一。

　　双臂机器人协同的关键技术研究分为机器人开发关键技术 和应用技术两部分，具体内容包括碰撞检测、智能避障、工作 空间分析及轨迹规划、人工蜂群算法、无碰撞路径规划、最优 路径规划、视觉定位和目标识别、工艺研究和手抓研制等，这 些技术构成了双臂机器人开发和应用技术体系。

通过以上体系 的构建开发新一代开放性更好、性价比更高、支撑服务更完善 的双臂机器人，是建设人机共融生态的关键技术和核心部件　　2 架构　　双臂机器人由两个四(或六) 自由度升降型平面(立体) 关节工业机械臂构成，双臂协调作业，系统主要包括双臂机器 人本体、控制柜、视觉系统、端拾器、直线行走机构(可选) 和回转机构(可选)组成。

　　行走轴，双臂机器人可整体安装于行走机构上，此轴能够 极大地延伸机器人的工作覆盖范围，从而显著减少实际需要使 用的机器人数量　　回转轴，回转机构安装的机器人腰部，可为双臂机器人提 供额外的转动自由度，增加机器人可达范围以适应更为复杂的 使用要求。

　　视觉系统，视觉系统为机器人提供图形认知和感知能力 视觉定位：用于指引机器人操作和行动又可分 2D 和 3D 定位?　　2D 视觉定位图　　缺陷检测：用于机械零部件的尺寸检测，定性或半定量检测　　?　　3D 视觉检测演示图　　远程服务模块，系统出现故障时，通过互联网将故障数据 传送给数据中心， 对故障进行分析处理， 实现主动售后的理念， 缩短了维修的时间，通过以太网、WIFI、GPRS 和 4G5G 等通 讯技术将动态信息和实时数据传输到数据中心，实现对设备的 远程运维。

　　3 市场　　双臂机器人主要应用于智慧零售、电器电子，机械加工， 智能仓储，汽车零部件、陶瓷装备、物流和钣金加工以及智能 装配等行业领域，视觉部分延伸于自动化领域，其功能主要包 括定位及检测，主要应用于分拣、装配、质量监控、激光打码 等方向。

　　　　4 特色　　双臂工业机器人是面向国内市场需求， 自主开发的新型智 能工业机器人， 目前已完成多个型号的样机研制和产业化工作　　(1) 综合几何法与代数法的优点， 完成了手臂的逆解计算　　(2)成功地实现了开放式系统下由模块化关节构成的服 务机器人双臂的协调运动。

　　(3)从神经生理学角度出发，对双臂机器人手臂运动进 行了拟人化　　(4)设计了基于 Petri 网模型内核的双臂协调操作控制 结构　　(5)应用技术研究：面向不同行业需求，基于已有双臂 工业机 器人开发专用执行系统、应用软件，形成基于双臂机 器人的系列化制造系统。

　　(6)双臂机器人产品的应用验证与考核，建立双臂工业 机器人 的工艺性能及工业可靠性的测试平台　　(7) 形成基于双臂工业机器人小批量生产条件，为各类 企业客户提供产线级、车间级、工厂级的自动化成套解决方案。

　　(8)逐步推动双臂工业机器人产品的示范应用与推广　　(9)我院共同起草的《双臂工业机器人性能及其试验方 法》已成国家标准　　5 指标　　6 总结　　机器人是人工智能的重要研究领域，随着人工智能技术的 突破升级，机器人感知能力和交互能力越来越强，双臂协作机 器人的市场呈现明显增长态势， “人机共融”成为重要发展趋势， 双臂机器人助力人机共融生态发展和建设。

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