譚建榮，中國工程院院士，峰會主旨報告《機器人應用中的若干問題及其解決方案》。

　　各位領導，各位專家，大家下午好。我很高興有機會到余姚跟大家做交流，根據我自己經驗對工業4.0、智能制造，以及機器人在企業應用當中遇到的問題跟大家做交流，我的主旨題目是《機器人應用中若干問題及解決方案》。

　　工業4.0和工業2025是要推廣智能制造，而這個智能制造我理解還是要三大技術，第一是大數據，智能制造就是數據、傳感，這個是一個重要的前提。第二個技術就是機器人的技術，我們搞智能制造是跟其緊密關聯的，第三還跟支撐協同，移動網絡相關聯的。我們機器人是多學科交叉的，具體來說，是3項技術，第一項是機電控制，因為你這個機器人也是機器的高級別。第二你要叫機器人，為什么叫機器人？就是利用人工智能的技術。我們現在講的智能制造，智能兩個字隱含了人工智能。因為人的智能，老早有了。無論我們搞設計，搞經濟，動腦筋，都要用到智能。智能經濟，人類一開始從事經濟活動就是智能。但是智能制造里面智能是人工智能。這個人工智能要實現我們的目標是人機交互，人機協同，人機一體化。由于機器人的應用，由于智能制造技術推廣，所以制造業朝著數字化、智能化、擬人化、綠色化方向發展。那么在這樣的背景下，機器人，現在我理解有四大領域，前沿領域，第二個是我們的波司登大狗為核心的，就是軍用機器人，軍用機器人這個是比較典型的行業，第二個就是Alphago，這個也是很最近很熱門的話題。它是另一類智能型，以人工智能為主的機器人。這個是工業機器人，這個就是服務機器人。這四個領域研究對機器人技術本身的發展，起了很大推動作用。特別是波司登大狗和Alphago是人工智能運用的典范，也是機器人應用的一個比較重要的里程碑。

　　企業運用工業機器人現在很多，特別是在浙江很多企業推廣機器換人和機器人自動化流水線。在這個過程當中有些企業，用得比較好，效果顯著。但是，也有一些企業，應用還不是太成功。遇到了一些困難和問題。那么，我歸納一下主要有6個問題。

　　第一個問題對于企業來說，應用工業機器人技術第一個問題就是如何實現工業機器人的配制顯型。首先要解決我用什么樣機器人來我的生產流程。那么，這個根據機器人應用的分類我們要分析機器人的負載自由度，最大應用范圍，重復精度，速度、本體重量，慣性力矩等等要進行確定型號和數量。由于機器人數量多樣性，以及客戶需求這個模糊性，面臨了兩大技術難題，具體來說。模糊需求如何轉化為精確的參數。第二如何實現多參數匹配協調。。

　　第二個問題如如何實現工業機器人的布局設計。我們先講第一個問題，如何布局。我們要考慮三個問題，第一個問題就是操作的可達性，第二個問題就是空間的緊湊性，第三是人機的安全性。那么，具體來說，也有兩個技術上的難題。第一個就是如何求解機器人基座最優位置姿態，第二是如何實現機器人工裝，工件三維作業空間的干涉和互干涉涉實時檢測，根據機器人，場地因素設定機器人的位置，以及高度機器人周邊設備布置參數，使得機器人不斷的執行，以合理的姿態到達指定的位置。

　　第三個問題就是如何實現工業機器人的作業規劃。具體來說，我們就要設計工業機器人實行作業突破，機器人路徑規劃，使得機器人工作周期的時間盡量短。這個也有兩個技術上的難題。第一個是如何求解機器人最優作業的拓撲順序，第二如何考慮作業撲補與布局設計的合作，使得時間最短。

　　第三個就是如何實現工業機器人運動學動力學分析。我們要實現機器人精確的位置，精確的軌跡要進行運動學分析，我們要使機器人運動具有平穩型就要進行動力學的分析。在這個方面，主要考慮卓越的靈巧性，定位的精確性和運動的平穩型。那么這個時候，我們主要解決的是技術難題是如何實現復雜組合題，軟性物體、甚至生物活體這一類作業的對象特點機器人靈巧運動控制，如何減少機器人關節間隙帶來的沖擊與振動，確保機器人運動的精確性和操作的平穩型。

　　第五個機器人應用中如何實現機器人的虛擬現實與仿真，這個問題是過程的擬實性，運動的可視化。通過我們的研究，需要解決的技術難題是實現機器人示教點位姿優化，虛擬識教運動偏差的檢測和校正，虛擬識教的路徑和值與時間最優運動規則，如何在虛擬現實環境中實現機器人作業過程當中車文、人流的協調性。

　　第六個問題是機器人運用中如何實現機器人系統的集成，我們應用了機器人，要實現機器人與輔助工藝裝備，控制系統的集成與協同控制，這個時候要解決的問題是不同工藝流程下，機器人與輔助設備，工裝夾具協調作業過程集成。并且考慮功能分布與任務并行多功能機器人協同控制。針對，這6個問題，我們提出了一些解決方案。解決機器人多種用途，多種自由度，多個單元如何協調，具體概括起來三大類型。第一個布局設計，第二運動性，第三是多機高效協調完成工業的任務。在這里我們把這三個特點，轉化為幾項技術。從而能夠實現機器人應用當中靈活性，平穩型和協同性，我們提出了四項關鍵技術。

　　我們第一項就是機器人生產線總體布局，卓越規劃基礎。這個主要是使機器人生產線布局實際滿足兩個，不僅能夠使機器人末端執行以合理的姿態到達指定的位置。第二使機器人完成任務工作周期盡可能短。那么我們這里，有一個機器人，這個有三種方案，這三種方案都有缺陷，第一種方案是這個焊縫很大。還有正面焊縫，兩面難以堅固。第三個焊縫可以到達，但是布局不是最優。因此我們提出了基于機器人的位置，和作業和拓撲順序一個方案。比如這個汽車門框為例，解決汽車門框焊接以焊縫目標坐標系在最優記錄布置下的表達方式。我們具體來說，我們提出了基于廣義可達工作區域檢測方式。快速建立機器人的記錄空間，提出機器人記錄可行空間，最后采用模式搜索算法實現了的機器人設計。

　　在這個方面我們也取得幾項國家的發明專利。采用了蟻群算法實現了基座最優順序。

　　第二個方面是機器人運動學與動力學性能。

　　這個方面我們采用機器人，運動學建模和運動學建模。因為機器人設計的時候，它的理想軌跡，那是沒有的。但是，事實上，機器人的關鍵存在間隙，這個會影響它的運動學性能跟動力學性能。我們通過運動學，動力學建模，考慮了沒有間隙的機器人和有間隙機器人操作區別。這個方法也獲得了國家發明專利。那么，提出了運動反復的動態相應譜來刻劃動力學行為，以動態響應譜，為函數，有運動市場，卓越姿態，多個變量，實現了居于動態譜的關鍵和間接機器人軌跡方式方法。這個方法同時也獲得了國家發明專利。

　　第三項技術我們提出了機器人任務虛擬世界和模擬方針技術。因為這個機器人要編程這個是比較困難。而示教兩個層面，一個人如何操作，如何來編程這個機器人的運動軌跡。第二個作為機器人，如何反求出它的運動軌跡，根據，虛擬空間的軌跡。來反求運動學方程和動力學方程。在這個方面有三種方式，第一種方式就是在線示教，直接編程定義，這適合批量化的生產由于操作技能，工作量大，還是比較大。所以我們提出后面兩種，一種離線示教，利用可視化編程，這樣對使用者也有一定的要求，第三個方法是比較理想的方法。是通過虛擬示教的方式，借助虛擬現實，實現人機交互。在虛擬環境中人機定義，具有直觀、簡便的優點。比如說我們這里都有利用這個示教變成器技術機器人抓取，然后進行示教，然后進行反求出它的軌跡和它的運動學方程。那么在這個時候我們為了便于企業，使用、維護、保養機器人的需要，我們通過虛擬的界面把安全機器人和ABB機器人這個界面能夠集成到虛擬環境當中。通過虛擬環境下進行示教分析。這個示教，人的操作示教還是相對容易，關鍵要根據虛擬空間當中這個軌跡來反求出它的運動學和動力學方程，這涉及到動力學方程反解，這個和數學技術比較，我們虛擬數現實3維模型，通過仿真，在線整個動作過程核心反求機器人運動模型，把機器人空間的位移解析作為時間的函數，特別是關鍵變量和機器人執行期的位置和姿態之間的關系，所以我們這個問題實際上就是我們講的機器人運動學的正問題和逆問題。它是整個虛擬示教中最關鍵的數學基礎。

　　那么我們這里也通過這個6個自由度手腕偏置型機器人技術了反解。我們用了兩個詞，一個是通用機器人，末端三軸交于一點的，存在運動學封閉解。然后手腕偏置型機器人，更好的避免了與環境的干涉。

　　那么，這個是是通過6個自由度手腕偏置型機器人運動學求解，這是位置反解，是機器人作業控制基礎，手腕偏置型6R機器人位置的反接的末端準確性和精確性。

　　這是坐標系，關鍵點。這個研發了任務虛擬示教，與模擬仿真技術。第一個是虛擬示教，第二是機器人工作站布局設計是機器人作業過程運動控制。

　　第四是機器人自動化集成技術。通過上面我們要面向企業進行生產線的設計和生產集成。生產線設計我理解兩個層面，我們要設計自動化生產線，首先要對企業，加工產品的工藝流程，要非常的熟悉。這是第一個層面。就把已有的工藝流程，進行自動化的升級，但是光有這個還不夠。我們要根據機器人卓越的特點，對它的工藝流程進行重組和再造。我覺得后面這個意義更大。根據機器人的特點重新考慮它的工藝流程。這樣就是涉及到工藝流程的設計。包括生產線的設計，生產線集成。這個時候我們對它關鍵工藝，機器人技術加智能化技術進行系統集成。關鍵的工藝現在機器人運用，結合機械制造，主要在焊接運用比較多。沖壓方面也有，機械加工，裝配工藝這些都用得比較多。這個我們涉及到一系列機器人運用的技術，把工藝流程進行升級，能夠再造出更優化的工藝。我們這里也采用了PLC、工控機等主控機一起來做集成應用

　　再舉兩個具體例子，一個是汽車車模焊接生產線。這個我們也虛擬示教、仿真，一些實際的生產線改造，幫助一個企業，它的產品是一年生產12萬套，每套4件。這個56秒完成一個焊接。通過我們實際分析計算覺得要用三臺焊接機器人并行作業，它也要解決三個技術難點，一個是卓越突破機器人作業規劃與仿真，第二是三維空間的自干涉與互干涉，第三是任務工作流時序的協同。我們人流，搞智能制造不是無序生產，是人和機器合理分工，有人就有人流，第二是物流，我這個對象，加工的對象是焊接的車門，就是物流。第三個就是機器人的流，這三股流如何在時間的維度上合理的配合。那么這個通過持續的仿真，我們解決了多機器人運動干涉的實時檢測。取得了比較好的經濟效益和社會效益。由于技術的提升，使得實際效力大大提高，調試效力大大提高，整個生產線開發周期大大縮短。我們最近還幫助一個企業做了一個齒盤對于對焊成形狀自動化生產，原先工作量比較大。針對這些，我們研發了齒盤堆焊自動化生產線，此用機器人和外圍輔助設備，集成了焊料，檢測、堆垛多項功能，實現了齒盤焊接以后，對焊以后的幾何形狀完全符合尺寸的要求齒面。這里要有對堆焊的研究，首先要把工藝產品研究透徹。第二對齒盤堆焊成型進行了設計，包括工藝流程的設計再造，生產線規劃，工裝設計等等。然后對整個生產線進行系統進集成。那么，這個是它一黏液要做將近3000千，每個小時做一片，我們設計了兩臺機器人焊接一個齒盤。解決了它的技術難點，就是齒盤表面堆焊工藝參數的研究，所以對焊接工藝，對這個項目的跟蹤檢測，焊好以后馬上進行實時的檢測，第三焊接過程多機器人協同控制，由于這個項目的實施，大大提高了整個生產的效率，而且提高了它的質量，使它人工打磨這個過程，基本上可以省略，實現了自動化漸進成型，時間關系，我就介紹這些情況。最后，歡迎我們我們各位領導，各位專家到我們浙江大學，到我們機電學院進行參觀指導技術合作、項目合作，我就講這么多，最后謝謝大家。