[01161134]高档机器人控制系统的研发与产业化

1、课题来源与背景： 课题名称是高档机器人控制系统得研发与产业化,计划类别是智能机器人,课题科技计划内容是地方计划,课题来源单位是广东省科学技术厅,课题编号是2017B090910012, 获得省级投入500万元,单位自有资金1300万元,合计共投入经费1800万元。 课题背景：以机器人为核心要素的智能制造产业升级面临着细分行业深度应用的需求窘境。与传统工业机器人最求稳定重复作业质量不同,当下的离散制造与流程制造越来越多强调机器人的视觉、力觉感知。经典的机器视觉与机器人控制器集成模式已不能满足距离、深度需求,与快速发展的智能摄像技术趋势不能合拍;类似地,得益于高速驱动总线协议及强算力控制器平台的出现,力觉传感器与本体的结合,尤其是与关节力矩信息反馈的数据融合,将人-机-环境的安全操作模式从传统的指令式、被动式逐步转变为主动、可靠、快速的响应式,从牢笼中解放的机器人开创了真正的人-机-环境的共融生态。 2、技术原理及性能指标： ①在原有机器人控制系统技术积累的基础上,升级平台与伺服总线,优选计算平台,采用Windows+Ontime系统方案、完成了基于ECAT的机器人控制器,具有动力学特性及安全功能模块,采用Ether CAT总线,实现平台的性价比最优和X86 CPU多任务优化,逐步缩小与国外高档机器人控制器产品间差距。 ②采用视觉感知与轴控制一体化方案,研发视觉与轴控制一体化技术和动力学控制与多信息技术融合技术,把视觉感知的计算与轴控制计算放在IPC上,达到感知与控制一体化目标; ③利用拉格朗日第二类方程和基于牛顿-欧拉方程研究出碰撞检测算法,建立机器人的动力学模型,利用运动和关节位置传感器、力/力矩传感器获取并融合多种传感信息,在确定动力学参数后,根据给定运动轨迹的机器人状态（位置,速度,加速度）,通过动力学方程求得维持运动所需力的理论值,通过判断理论计算值与电机实际输出力的残差是否超出阈值判断机器人是否发生碰撞还是正常负载,解决机器人SS1级别的安全问题。 3、技术的创造性与先进性： 本课题瞄准世界顶级机器人控制系统技术水平,在原有机器人控制系统技术积累的基础上,升级平台与伺服总线,研发视觉与轴控制一体化技术和动力学控制与多信息技术融合技术,填补高档机器人控制系统国内空白,基于基于JNU-I/II/III型专用数控系统/机器人控制器及视觉智能数控系统产品,融入动力学要素,在拖动示教、碰撞检测、环境/对象建模（3D）、轨迹自主优化开展工作,在项目实施期间内,申请发明专利4项,发表期刊论文4篇,其中SCI索引论文3篇,EI索引论文1篇,形成一个新的产品JNU-III型控制器。暨南大学与广东天机工业智能系统有限公司合作开发的6自由度机器人,视觉与轴控制一体化技术和动力学控制与多信息技术融合技术,优化了轨迹路径、减少人为碰撞造成事故,提高运行速度,提供人机协作工作效率。暨南大学与格力空调合作的智能可编程光源与机器人视觉集成单元用于格力空调内、外机标签的定位与内容识别,减少误检与错检,成本低,普适性好。暨南大学研发的JU-RV-3D系统是一种通用解决方案,应用于工件散推叠的工业情景,方便快速地完成整个零件分拣系统的部署,并控制机器人进行分拣作业。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性： 本课题中的技术成熟,已投入生产应用,适用于多个行业,包括激光行业、3C行业、钢琴行业、电子制造行业等。产品投入生产经用户使用反馈,安全性好,能够长期稳定使用。 5、应用情况及存在的问题： 基于JNU-I/II/III型专用数控系统/机器人控制器及视觉智能数控系统产品,融入动力学要素,在拖动示教、碰撞检测、环境/对象建模（3D）、轨迹自主优化开展工作,将研发的技术成果应用到3C产业机器人应用开发单位（广东天机工业智能系统有限公司）,项目产品控制器在手机外壳金属件加工、机器人打磨、清洗、点胶等多个应用场景获得良好示范。项目完成了面向3C、家电领域视觉检测的CAT系统研发,在环境重建、对象识别、缺陷定位等现场检测环节与ECAT主站无缝集成,形成针对行业的解决方案,在广东天机工业智能系统有限公司建立应用示范工程。实现机器人整机销售716台,实现销售收入5832.98万元,利税总额466.34万元,其中：利润总额338.57万元,税金127.77万元,完成预定的经济指标。 受国内外制造业景气指数影响,2016~2020年机器人市场仍然被四大家族切割大部分订单,国内机器人专机市场虽有较大需求,但大量指向订制化开发,我们在包装印刷、3C制造行业开拓的产业化用户,大都在机器人视觉自动化加工方面释放出需求,从量产角度看仍欠缺市场规模。广东天机工业智能系统有限公司的六轴机器人已占领大部分国内市场,单从技术输出角度考量,仍有部分技术受制于国外。建议在后续科技投入方面加大对基础算法库及应用开发工具的支持,尤其算法库、工艺库、工具库和中间件方面凝聚人才、储备人才,并给予稳定、持续的科技资金链,引导并制订普惠科技产业政策。 6、历年获奖情况：无。