人工智能在协作机器人中的应用

人工智能在协作机器人中的应用是一个很有前景的研究领域，涉及到机器人的智能控制、人机交互、机器人技能学习、人类意图估计等方面。协作机器人是一类能够在共享空间中与人类交互或在人类附近安全工作的新型工业机器人，由于其轻质、安全的特点，在柔性制造、社会服务、医疗健康、防灾抗疫等多个领域展现出了良好的应用前景。在我国，人机协作已列入《智能制造2025》和《新一代人工智能发展规划》重点支持研究计划。

协作机器人的智能控制方法主要是指如何通过控制机器人的运动和交互力，使其能够与人或环境安全、高效地协作。常用的智能控制方法有阻抗控制、导纳控制、力-运动混合控制等。阻抗控制是一种间接的柔顺运动控制方法，它通过控制交互点处机器人所受外力与运动状态之间的动态关系，使之满足期望的动态柔顺运动特性。阻抗控制的优点是能够确保机器人在受约束环境中进行操作，同时保持适当的交互力，并且对一些不确定因素和外界干扰具有较强的鲁棒性。阻抗控制的难点是如何设计合适的阻抗参数，如何感知和测量外界交互力，如何考虑机器人本身的动力学特性等。导纳控制是一种直接的柔顺运动控制方法，它通过测量交互点处的外力，计算出期望的运动状态，并通过位置或速度控制来实现期望的运动状态。导纳控制的优点是能够实现对外力的主动跟踪，适用于需要精确力控的场合。

导纳控制的难点是如何设计合适的导纳参数，如何避免系统不稳定或振荡，如何考虑机器人本身的动力学特性等。力-运动混合控制是一种直接的柔顺运动控制方法，它通过对力和运动进行解耦控制，即在位置子空间进行位置控制，在力子空间进行力控制。力-运动混合控制的优点是能够实现对力和位置的同时跟踪，适用于需要精确位置和力控的场合。

力-运动混合控制的难点是如何确定位置子空间和力子空间，如何设计合适的位置和力轨迹，如何考虑机器人本身的动力学特性等。

（图文：集萃智造）

阻抗控制方法在协作机器人中的应用主要是用于实现机器人与环境或人的柔顺交互，例如，德国宇航中心研制的LWR机器人采用了阻抗控制方法来实现与人的协作装配任务，北京理工大学研制的协作机器人采用了阻抗控制方法来实现与人的协作搬运任务。导纳控制方法在协作机器人中的应用主要是用于实现机器人对外力的主动跟踪，例如，上海交通大学研制的协作机器人采用了导纳控制方法来实现与人的协作打磨任务，美国麻省理工学院研制的协作机器人采用了导纳控制方法来实现与人的协作折纸任务。力-运动混合控制方法在协作机器人中的应用主要是用于实现机器人对力和位置的同时跟踪，例如，日本东京大学研制的协作机器人采用了力-运动混合控制方法来实现与人的协作切割任务，美国斯坦福大学研制的协作机器人采用了力-运动混合控制方法来实现与人的协作拼图任务。

（图文：集萃智造）