機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。

  工業(yè)機器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等，具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

  關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  (1)開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計算機結(jié)構(gòu)，分為機器人控制器(RC)，運動控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規(guī)劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

  (2)模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個控制器軟件系統(tǒng)分為三個層次：硬件驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個層次內(nèi)部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實現(xiàn)該層次所提供的功能。

  (3)機器人的故障診斷與安全維護技術(shù)：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應(yīng)維護，是保證機器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。

  (4)網(wǎng)絡(luò)化機器人控制器技術(shù)：目前機器人的應(yīng)用工程由單臺機器人工作站向機器人生產(chǎn)線發(fā)展，機器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要?？刂破魃暇哂写凇F(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產(chǎn)線進行監(jiān)控、診斷和管理。

  移動機器人(AGV)

  （1）導(dǎo)引及定位技術(shù)。作為AGV技術(shù)研究的核心部分，導(dǎo)引及定位技術(shù)的優(yōu)劣將直接關(guān)系著AGV的性能穩(wěn)定性、自動化程度及應(yīng)用實用性，表1為AGV的常見導(dǎo)引及定位技術(shù)。

  （2）路徑規(guī)劃和任務(wù)調(diào)度技術(shù)。第一，行駛路徑規(guī)劃。行駛路徑規(guī)劃是指解決AGV從出發(fā)點到目標點的路徑問題，即“如何去”的問題。現(xiàn)階段國內(nèi)外已經(jīng)有大量的人工智能算法被應(yīng)用于AGV行駛路徑規(guī)劃中，如蟻群算法、遺傳算法、圖論法、虛擬力法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和A*算法等。

  第二，作業(yè)任務(wù)調(diào)度。作業(yè)任務(wù)調(diào)度是指根據(jù)當前作業(yè)的請求對任務(wù)進行處理，包括對基于一定規(guī)則的任務(wù)進行排序并安排合適的AGV處理任務(wù)等。需要綜合考慮各個AGV的任務(wù)執(zhí)行次數(shù)、電能供應(yīng)時間、工作與空閑時間等多個因素，以達到資源的合理應(yīng)用和最優(yōu)分配。

  第三，多機協(xié)調(diào)工作。多機協(xié)調(diào)工作是指如何有效利用多個AGV共同完成某一復(fù)雜任務(wù)，并解決過程中可能出現(xiàn)的系統(tǒng)沖突、資源競爭和死鎖等一系列問題?，F(xiàn)在常用的多機協(xié)調(diào)方法包括分布式協(xié)調(diào)控制法、道路交通規(guī)則控制法、基于多智能體理論控制法和基于Petri網(wǎng)理論的多機器人控制法。

  3）運動控制技術(shù)。不同的車輪機構(gòu)和布局有著不同的轉(zhuǎn)向和控制方式，現(xiàn)階段AGV的轉(zhuǎn)向驅(qū)動方式包括如下兩種：兩輪差速驅(qū)動轉(zhuǎn)向方式，即將兩獨立驅(qū)動輪同軸平行地固定于車體中部，其它的自由萬向輪其支撐作用，控制器通過調(diào)節(jié)兩驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，可以實現(xiàn)任意轉(zhuǎn)彎半徑的轉(zhuǎn)向；操舵輪控制轉(zhuǎn)向方式，即通過控制操舵輪的偏航角實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，其存在最小轉(zhuǎn)彎半徑的限制。

  控制系統(tǒng)通過安裝在驅(qū)動軸上的編碼器反饋來組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，目前基于兩輪差速驅(qū)動的AGV路徑跟蹤方法主要有：PID控制法、最優(yōu)預(yù)測控制法、專家系統(tǒng)控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法和模糊控制法。

  （4）信息融合技術(shù)。信息融合是指利用多源信息的關(guān)聯(lián)組合，充分識別、分析、估計和調(diào)度數(shù)據(jù)，完成下達決策和精確處理信息的任務(wù)，并對周圍環(huán)境、戰(zhàn)況等進行適度的估計。目前，在導(dǎo)引領(lǐng)域研究和應(yīng)用的信息融合技術(shù)主要有Kalman濾波、貝葉斯估計法與D-S證據(jù)推理等，其中以Kalman濾波最廣。Kalman濾波具有良好的實時性，但它是建立在嚴格的數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，當導(dǎo)引模型存在較大建模誤差或者系統(tǒng)特性發(fā)生變化時往往會導(dǎo)致濾波發(fā)散。為提高濾波算法的魯棒性和自適應(yīng)能力，可針對AGV的導(dǎo)引要求與特點，研究適當?shù)淖赃m應(yīng)Kalman濾波算法、魯棒濾波算法或智能濾波（如模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)）方法等。

  點焊機器人

  焊接機器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點焊作業(yè)的生產(chǎn)率。

  點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點焊機器人單元產(chǎn)品并以焊接機器人與整車生產(chǎn)線配套形式進入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

  隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內(nèi)首臺165公斤級點焊機器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術(shù)指標已經(jīng)達到國外同類機器人水平。

  弧焊機器人

  弧焊機器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。

  在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產(chǎn)，根據(jù)各類項目的不同需求，自行生產(chǎn)成套裝備中的機器人單元產(chǎn)品，也可向大型工業(yè)機器人企業(yè)采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領(lǐng)域，本公司與國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)既是競爭亦是合作關(guān)系。

  關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  (1)弧焊機器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機器人采用交流伺服驅(qū)動技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動態(tài)響應(yīng)，并可實現(xiàn)免維護功能。

  (2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機器人及變位機協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

  (3)精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復(fù)雜工件進行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計獲得補償數(shù)據(jù)并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

  激光加工機器人

  激光加工機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚?、打孔、焊接和模具修復(fù)等。

  關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  (1)激光加工機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu)，在增大作業(yè)范圍的同時，保證機器人精度;

  (2)機器人系統(tǒng)的誤差補償技術(shù)：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補償。

  (3)高精度機器人檢測技術(shù)：將三坐標測量技術(shù)和機器人技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了機器人高精度在線測量。

  (4)激光加工機器人專用語言實現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機器人作業(yè)特點，完成激光加工機器人專用語言。

  (5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實現(xiàn)對機器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理;并實現(xiàn)上位機對機器人的離線編程控制。

  真空機器人

  真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查，歸屬于禁運產(chǎn)品目錄，真空機械手已成為嚴重制約我國半導(dǎo)體設(shè)備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅(qū)型真空機器人技術(shù)屬于原始創(chuàng)新技術(shù)。

  關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  (1)真空機器人新構(gòu)型設(shè)計技術(shù)：通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計，避開國際專利，設(shè)計新構(gòu)型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求;

  (2)大間隙真空直驅(qū)電機技術(shù)：涉及大間隙真空直接驅(qū)動電機和高潔凈直驅(qū)電機開展電機理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉(zhuǎn)矩控制、小型多軸驅(qū)動器等方面。

  (3)真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計。采用軸在軸中的設(shè)計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

  (4)動態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移，通過動態(tài)修正運動軌跡，保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

  (5)符合SEMI標準的真空機器人語言：根據(jù)真空機器人搬運要求、機器人作業(yè)特點及SEMI標準，完成真空機器人專用語言。

  (6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在IC制造中，設(shè)備故障會帶來巨大的損失。根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

  潔凈機器人

  潔凈機器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其對生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進行，潔凈機器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。

  關(guān)鍵核心技術(shù)包括：

  （1）潔凈潤滑技術(shù)：通過采用負壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，實現(xiàn)對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

  （2）高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實現(xiàn)潔凈搬運的平穩(wěn)性。

  （3）晶圓檢測技術(shù)：通過光學傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

  （4）控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減小潔凈機器人的占用空間。

  大部分的潔凈機器人都可以對障礙物做出反應(yīng)，有的是使用觸感在碰觸到障礙物(墻體或家具)后，后退并調(diào)整行進角度再次嘗試繞開障礙物繼續(xù)工作。有的是使用紅外或超聲波傳感，測量機器與障礙物間的距離，再保持不碰撞的安全距離進行沿障礙物清掃。

  潔凈機器人的發(fā)明為社會環(huán)境建設(shè)帶來很多便利，尤其是很多工業(yè)產(chǎn)品都需要在特殊的潔凈環(huán)境中加工，而潔凈機器人就是生產(chǎn)這類產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)備。伴隨著對生產(chǎn)環(huán)境的要求不斷提高，潔凈機器人的市場發(fā)展前景還是非?？捎^的。