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上海热线交大为数字化装配量身定做智能机器

2019-03-17 21:51:18

[上海]交大为数字化装配量身定做"智能机器人"

你也许很难想象,在装配大型设备的巨大组装车间里,紧张而忙碌的装配场景中,却很少看见装配工人的身影,“机器人”成了装配车间的主角——它们按照指定程序、路径快速“移动”,准确地完成搬移、安装等任务——这就是上海交通大学在面向数字化装配的多AGV移载装备协调技术研究中取得的成果。在2013年工博会上,“面向数字化装配的多AGV移载装备协调技术研究”亮相伊始,就吸引了大家的眼光。

把指定零件送错位置?这样的错误在“机器人”身上不会发生

说得简单一些,AGV就是一种移动机器人。提起机器人,由于它的名字中带一个“人”字,再加上很多科幻作品的渲染,人们很容易在想象中认为它具有“人的样子”,但“面向数字化装配的多AGV移载装备”却更像是一台台“小车”,可别小看这群貌似笨拙的家伙,它们可是上海交通大学为数字化装配“量身定做”的智能、移动 “机器人”。

数字化装配是大型设备制造过程中非常重要的环节,装配工作量约占整个制造劳动量的40%~50%。许多设备的部件尺寸大、零件数目多、精度要求高、协调过程多,而我国由于数字化装配技术的不足,装配问题相对于零件制造就更为突出。针对这些问题,上海交通大学工程训练中心曹其新领衔团队,进行了面向数字化装配的多AGV移载装备协调技术研究,针对大型部件的数字化装配过程,设计开发了运动灵活的全方位移动式AGV移载装备,说得更明白一些,它们可以被称为“智能、移动、装配机器人”。

这个方方扁扁貌似笨拙的“机器家伙”,游走起来却分外灵活,它能“自己识别”道路上的标识,“走”到指定地点,精确完成运输、装配等任务。

和以往的其他机器人相比,“移动装配智能机器人”虽然全无“人”的外貌外型特征,却有很强的现场视觉识别定位、导引能力,它综合了AGV开发的三个重要技术(是什么),尤其是激光、视觉等多传感器融合的识别系统的引入,使得AGV智能识别和决策更加完善,对于提高AGV智能协同作业以及作业精度和速度具有突破性发展。由于采用增强现实的视觉技术,完成了AGV在车间内的全局定位与导引的功能,车间地面需要经过的路线上铺设特征带,在AGV车体底部架设视觉传感设备,当AGV车体在特征带上经过时,通过视觉系统对特征带上图案的识别,实现AGV的精确定位。把指定零件送错位置?这样的错误人一不小心可能会犯,在机器人身上却不会发生!

针对制造车间空间狭窄等问题,项目还进行了全方位移动式AGV移载装备系统设计。“移动装配智能机器人”采用4轮悬挂结构,设计具有大负载能力的全方位轮方案,解决全方位轮的固有弊病;同时解决了在高速下的多轴速度协调问题以及高速运动时的稳定性问题,实现姿态优先的全方位移动的精确协调控制,达到运动规划的高效性目的;同时获得对系统干扰及参数变化具有完全的自适应性与不变性的控制效果,优化机器人无碰撞路径,从而提出一套适用于要求高速、稳定且效率高的应用场合下全方位移动式AGV的运动控制方法。

当这样的“机器(人)”投入到大型设备的装配,显而易见,显着提高劳动生产率是直接的成果,同时极大地提高了装卸搬运的自动化程度。

“机器人”联合起来工作?这样的场景已经实现

大型部件体积及重量异常庞大,无法由单一AGV进行搬运,很多人可以组合成团队合作,“机器人”可以做到吗?利用上海交通大学研制的AGV,这样的场景已经实现。“移动装配智能机器人”在多智能体协同导引方面取得突破,实现了多AGV的同步协调运动控制,可以“多人合作”完成合作搬运,提高装配操作的准确度和快速性。当多个AGV在合作搬运一个大物料时,对于车体的前进速度以及侧向位移均是合作搬运的重要指标量,为了实现运动过程中的精确同步协调控制,必须将这些指标作为系统输入,实时调整,控制其误差。项目技术负责人冷春涛介绍:“我们主要是将交叉耦合控制方法应用于全方位移动AGV,利用交叉耦合控制方法对误差的控制,达到对AGV的姿态优先控制的目的,实现AGV的全方位移动方式的准确控制,终完成多AGV协作搬运物料等的任务。”项目组还创新地提出了基于多传感器信息融合的多智能体协同导引的理论与方法,多台AGV进行协同运动主要采取主从控制方法,属于从控制的AGV通过激光扫描仪扫描周边环境,从扫描获得的点云信息中通过特征匹配获得主AGV,通过算法获得主AGV的定位信息,从而实现跟踪控制,获得多台AGV的协调运动控制。

未来应用领域更加广泛

AGV综合技术集中了传感器技术、机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,代表机电一体化的成就,是目前科学技术发展活跃的领域之一。但在中国,AGV的技术水平和国有化程度都不算高。曹其新及其团队的研究,目前已经处于国内地位,除了要改变传统工业生产模式,实现生产智能化、现代化,生产流水线智能化,同时致力于推动规划学科、模式识别、智能控制等前沿学科的研究。

许多生产工业机器人的国际巨头,如今都把中国市场看作“决胜未来的战场”。据测算,“十二五”期间,国内工业机器人市场需求将呈井喷式发展,需求量将以每年15%的速度增长。制造业由于有大量繁重复杂的装配工作,无疑是“工业机器人”使用广泛的领域,很多人工不适合的狭窄、精密、高度重复、强负重等工作场所,工业机器人正在逐步替代人类大显身手,且运用空间前景将不断扩大。未来,“智能机器人”的应用领域必将进一步扩大,航空、汽车等工业,大型仓储运输等服务业,也许都可以看见大规模使用的乐观前景。

来源:上海 2013.11.04

原文:交大为数字化装配量身定做“智能机器人”


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