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上海交通大學(xué)曹其新：面向柔性制造的移動(dòng)操作臂抓取技術(shù)研究
【塑料機(jī)械網(wǎng) 熱點(diǎn)關(guān)注】過去的制造業(yè)是按照以產(chǎn)品為中心的生產(chǎn)理念下發(fā)展，率、高質(zhì)量、自動(dòng)化、零庫存是企業(yè)追求目標(biāo)，在推進(jìn)先進(jìn)制造過程中機(jī)器人產(chǎn)業(yè)得到發(fā)展；在過去，機(jī)器人是制造自動(dòng)化發(fā)展( CIMS和機(jī)器人技術(shù)在汽車制造)的關(guān)鍵，未來還是制造業(yè)主力軍。
在“OFweek2019(第九屆)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上，上海交通大學(xué)/機(jī)器人研究所常務(wù)副所長(zhǎng)曹其新教授發(fā)表了《面向柔性制造的移動(dòng)操作臂抓取技術(shù)研究》的精彩演講，他就移動(dòng)操作臂在本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)過程控制、環(huán)境和物體識(shí)別、路徑規(guī)劃、移動(dòng)定位導(dǎo)航以及人機(jī)協(xié)作等關(guān)鍵技術(shù)上的研究和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了精彩分享。
隨著又一輪工業(yè)革命到來：工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025，創(chuàng)新、速度、變化、個(gè)性化、多樣化給機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來了挑戰(zhàn)和新發(fā)展機(jī)遇；機(jī)器人在工業(yè)3.0階段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的高速、高精度生產(chǎn)。在工業(yè)4.0階段，機(jī)器人開始從“籠子”里走出來了，機(jī)器人不僅要與人配合，還要與機(jī)器人協(xié)同合作，越來越多的場(chǎng)景需要機(jī)器人的更多功能，而實(shí)現(xiàn)這一切還需要多種因素促成。而復(fù)合機(jī)器人的出現(xiàn)則邁出了步。
曹其新教授在此次演講中針對(duì)面向柔性制造的移動(dòng)操作臂的環(huán)境感知、SLAM和抓取技術(shù)進(jìn)行解密，提出了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)操作臂自主移動(dòng)、抓取識(shí)別的解決方案。
AGV+機(jī)械臂的方式應(yīng)運(yùn)而生
來來的智能工廠應(yīng)該是柔性制造，小批量、個(gè)性化定制成為未來趨勢(shì)，產(chǎn)線根據(jù)產(chǎn)品及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)單元組合，開始物流系統(tǒng)自動(dòng)化，可移動(dòng)、靈活性、自主性、無線連接、即插即用、人機(jī)協(xié)作的機(jī)器人才是工廠真正需要的，移動(dòng)機(jī)械臂的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了原材料抓取、零配件選撿、裝箱、上下料、運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜任務(wù)。
機(jī)械臂，用以替代人體胳膊功能，AGV則用以替代人腿腳的功能，為了使機(jī)器人更加智能化、柔性化，同時(shí)具備腿和手的功能，AGV+機(jī)械臂的方式應(yīng)運(yùn)而生。
近些年，隨著機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、激光傳感器、深度相機(jī)等技術(shù)發(fā)展迅速，移動(dòng)機(jī)械臂開始可以使用視覺信息，獲取環(huán)境信息，定位自身位置，識(shí)別并抓取目標(biāo)物體。在工業(yè)上的應(yīng)用前景開始明朗起來。很多機(jī)器人廠商抓緊機(jī)會(huì)開始推出自己的移動(dòng)機(jī)械臂。
從庫卡到美國(guó)Fetch robotics都推出過移動(dòng)機(jī)械臂，國(guó)內(nèi)移動(dòng)機(jī)械臂的發(fā)展速度很快，很多機(jī)器人廠商和研究團(tuán)隊(duì)，如新松機(jī)器人、藍(lán)胖子機(jī)器人公司、上交、哈工大、浙大等，都在這方面在這方面做出國(guó)貢獻(xiàn)，但移動(dòng)機(jī)械臂事實(shí)上還處于發(fā)展階段，在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中應(yīng)用的還比較少，難點(diǎn)主要在于機(jī)器人的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性上。
“移動(dòng)機(jī)械臂的應(yīng)用研究主要集中在其環(huán)境定位與導(dǎo)航上”，曹其新教授在演講一開始的時(shí)候就強(qiáng)調(diào)道。
在會(huì)議上，曹其新教授從技術(shù)的角度對(duì)激光SLAM、視覺SLAM、RGBD-SLAM、全景SLAM以及室外環(huán)境下多相機(jī)系統(tǒng)的全景SLAM、超聲SLAM、視覺與激光信息融合SLAM等導(dǎo)航定位方法的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行了一一對(duì)比。
在室內(nèi)或者GPS無法定位的情況下，基于傳感器地圖的同步定位與地圖構(gòu)建技術(shù)的SLAM由此而誕生了，當(dāng)傳感器為相機(jī)時(shí)，則稱之為視覺SLAM；與激光SLAM利用三維信息匹配定位不同，視覺SLAM因其低成本、可高密度捕獲信息等優(yōu)勢(shì)，在近年受到了廣泛的關(guān)注。
而全景相機(jī)SLAM主要構(gòu)造有雙魚眼組成的全景相機(jī)，可360°觀察周邊環(huán)境信息。 利用SLAM優(yōu)勢(shì)可以觀測(cè)到全向信息。在性價(jià)比和精度以及優(yōu)勢(shì)明顯，缺點(diǎn)是全景相機(jī)的原始圖像為圓形，畸變較大，需要進(jìn)行圖像校正。
其次就是物體識(shí)別與移動(dòng)抓取規(guī)劃技術(shù)，曹教授從模型識(shí)別、物體識(shí)別與姿態(tài)估計(jì)、3D物體數(shù)據(jù)采集到基于深度學(xué)習(xí)姿態(tài)識(shí)別、機(jī)械臂約束運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、基于感知模型的自主抓取、基于感知無模型的自主抓取等方面均做了深入的研究。
后，曹教授表示，未來移動(dòng)機(jī)器人市場(chǎng)有望達(dá)到千億美元，現(xiàn)在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人只有四百億美元。
當(dāng)前，移動(dòng)機(jī)械臂正在進(jìn)入以前由人類及車輛占據(jù)的新領(lǐng)域，從倉(cāng)庫和配送中心，到工廠車間，再到現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室和辦公區(qū)域，我們會(huì)看到越來越多這種自由行走的機(jī)器人
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