面向SME的智能柔性“人-协作机器人”构建的自组织生产系统研究

The disappearance of the demographic dividend, rising operating costs, market demand fluctuations result in a large number of small and medium enterprises into bankruptcy. Due to the characteristics of safety, low cost, flexible and easy to install, the cooperative robot becomes a new kind of robot that can replace human part. It is an important way to realize the transformation and upgrading of small and medium sized enterprises to combine the human, cooperative robots and self-organizing operation rules, and to build an intelligent human robot cooperative production system for SMEs. This topic focuses on the following research:1) Theory and method of multi scale and multi view modeling for SME oriented intelligent flexible human robot cooperative production system;2) Multi scale and multi view task decomposition, task allocation and motion planning in the process of human and Collaborative robot cooperation;3) Considering the factors of human factors, the dynamic rules and the state model of the self - cooperation robot;4) Ergonomics evaluation of human-Collaborative robot in self organizing robot system. Through the above research, this paper provides the theory and method for the small and medium sized enterprises to use the cooperative robot self-organizing production system, and provides a new way for the small and medium-sized enterprises to upgrade the intelligent manufacturing.

人口红利消失、运营成本上涨、市场需求波动使大量中小企业陷入倒闭困境。协作机器人由于安全、低成本、灵活、易于安装等特点成为替代人类部分工作的新型机器人。将人、协作机器人、自组织运行规则有机结合，构建面向中小企业的智能柔性人-协作机器人自组织生产系统是实现中小企业转型升级的重要途径。本课题围绕这一科学命题开展以下研究：1)面向SME的智能柔性人-协作机器人生产系统多尺度多视图建模理论与方法2)人-机协作过程中的多尺度多视角任务分解、任务分配及动作规划方法3).考虑人因功效学因素下，人-协作机器人自组织的动态规律与状态模型4).人-协作机器人自组织生产系统中人机协作的人因功效学评价。通过以上内容的研究为中小企业使用人-协作机器人自组织生产系统提供运作理论与方法的支持，也为中小企业向智能制造转型升级提供切入点。

人口红利消失、运营成本上涨、市场需求波动使大量企业陷入倒闭困境。协作机器人由于安全、低成本、灵活、易于安装等特点成为替代人类部分工作的新型机器人。将人、协作机器人、自组织生产运行规则有机结合，构建面向中小企业的智能柔性人-协作机器人自组织生产系统是实现中小企业生产系统转型升级的重要途径。. 本课题开展了以下研究：1) 人-机器人协同工作环境下，机器人自主性对员工的感知有用性、易用性和接触欲望的影响。研究显示协作机器人将人类从繁重和枯燥的工作中解放出来，会有更强的感知有用性。同时，自主机器人可以拒绝人类的指令而失控，这会导致对自主机器人产生较弱的感知易用性。2) 机器人自主性对感知距离、接受度和主观规范的影响。研究显示机器人在依赖人类互动的工作领域，不太被接受。自主机器人在工作中经常与人类互动，并可能拒绝人类的指令，会对人类接受自主机器人造成障碍，给人一种怪诞的印象。3) 类人机器人的人类相似度对人类心理体验和与其协同工作的接受度的影响。通过重新设计包括使用全身机器人粘弹性覆盖物，使用球形和柔顺关节，以及分布式并行驱动机构以降低机器人末端附近的有效惯性效应。与机械外观的人形机器人相比，仿人机器人通过机械重新设计大大提高了机器人的人形相似度，可以减少人类与机器人一起工作时对危险的感知，提高交互舒适度。4）给出了考虑“学习-遗忘”效应对工作分享型自组织生产线的产能计算公式，并通过仿真方法证明了公式的有效性。在“人-协作机器人”协同工作过程中，人类是自组织生产系统中受到“学习-遗忘”效应影响的变量，对生产线的性能和产能都有一定的影响。5）生产组织形式（自组织与他组织生产形式）与员工工作自主性、工作投入、角色超载、员工感知对任务绩效的影响研究。为制造企业利用员工心理、行为因素提高任务绩效提供建议。. 研究为“人-协作机器人”构建自组织生产系统中“人-协作机器人”交互和自组织生产系统性能研究提供了理论知识和实践指导。