高精度模块化人机协作机器人关键技术及产业化

20200612

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机器人操作系统、软件仓库及模块化硬件平台开发

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遨博（北京）智能科技有限公司

协作机器人代表了机器人发展新的主流方向，也是国内机器人企业能否登上世界机器人舞台的关键。传统机器人已经不能满足小批量、多品种智能制造对机器人的需求。协作机器人具有轻量化、成本低和安全性高等特点，可实现在现代生产线上的快速部署、快速编程和快速重构，更加符合未来智能制造柔性化、智能化、绿色化的特点。该项目基于国产机器人核心部件和国产机器人操作系统等核心关键技术，研发了自主可控的系列化人机协作机器人产品，已进行了规模化推广应用，有力地推动了我国工业机器人领域战略布局和发展。 体现技术发明点的主要成果如下： 1、发明了高精度系列化的协作机器人本体机构，创新性的提出了基于和声库的动态模型及误差补偿方法，突破了人机协作机器人精度不足的限制，研发了系列化协作机器人产品，重复定位精度达到0.026mm，与工业机器人精度相当。 2、研发了多核异构开放式机器人操作系统，独创“多核异构”混合系统框架，硬件分离实时与非实时任务，在国际上首次使任务控制周期降低到1ms以下，满足了机器人运动控制的实时性要求，是世界上第一款面向开发者的强实时机器人系统。 3、攻克了一体模块化关节的高功率密度中空力矩电机及其伺服控制技术，提出了关节参数辨识和自适应模型跟随的速度智能控制方法，实现了轻量化的驱动/控制/感知功能集成；核心部件国产化90%以上，角速度敏感度达到0.25°/s。 4、提出快速转矩观测和虚拟肌肉力控制方法，解决了协作安全性问题，自主研制独立双控制回路实现了拖动示教、碰撞防护和多种安全I/O功能，满足PL=d的安全等级，确保扭转载荷敏感度达到0.2Nm，响应时间达到毫秒级。 5、建立多行业应用的机器人软件仓库，发明了末端工具快换方法，大幅提高智能集成的效率和柔性，在焊接、搬运等多行业规模化应用，实现“机器人造机器人”的高效新型生产模式，为智能制造转型升级提供了解决范例。 项目申请发明专利28项，授权14项，实用新型专利2项，软件著作权33项，发表学术研究论文19篇，制定国家标准3项。研发出末端负载分别为3、5、7、10、15、20Kg的系列化人机协作机器人产品。技术成果鉴定为整体达到国际先进水平，其中在协作机器人定位精度、安全性方面达到国际领先水平。 到2019年底，已完成协作机器人销售超过4200台，其中出口约800台，累计销售额2.56亿元，出口创汇600万美元，带动企业“机器换人”和自动化、智能化升级改造形成的产值超过10亿元。产品已在华为、瑞声、宝马、大陆汽车电子等国际主流的3c、汽车零部件、汽车电子等企业进行了规模化推广应用，对推动我国制造业向智能制造、绿色制造的转型升级，增强我国高端产品的供给能力，解决制造业供给侧与需求侧不匹配的问题具有重要意义。