高端智能制造的机器人视觉感知与灵巧作业控制

The project focuses on the major demand of high speed ultra precision machining for large components in high-end equipment manufacturing industry，such as Aerospace, rail transportation, marine engineering. Concerning the wicked manufacturing environment, complex component structure and varied process flow bring the great challenge to the traditional robot operation perception and control technology, this project researches on three key scientific and technical problems, which are high speed vision, high efficiency trajectory planning and precise operation control for high-end intelligent manufacturing robot. On the basis of the domestic and foreign research, this project presents a novel technology and method of visual perception and control for industrial robot. The project get breakthrough the key technologies in the high-resolution visual information acquisition, high-speed visual inspection and positioning, multi-robot collaborative operation planning, high precision trajectory tracking robust control, which realizes the robotic operation of complex component identification, positioning, crawling, welding, grinding, polishing, spray, assembly, testing for the high-end intelligent manufacturing robot. Theories and methods of the project provide the key technical support for the high-end intelligent manufacturing industry, which has important scientific significance and application value.

项目围绕航空航天、轨道交通、海洋工程等高端装备制造业大型构件高速超精密加工的重大需求，面对加工环境恶劣、构件结构复杂、工序流程多样对现有机器人作业感知与控制技术带来的巨大挑战，开展高端智能制造机器人高速视觉感知、高效轨迹规划、精准作业控制三大关键科学技术问题研究。在国内外已有成果和研究基础上，提出工业制造机器人视觉感知与控制新技术新方法，重点突破高分辨率视觉信息获取、高速视觉检测定位、多机器人协同作业规划、高精轨迹跟踪鲁棒控制等关键技术，实现高端智能制造机器人复杂构件识别、定位抓取、焊接打磨、抛光喷涂、装配检测等作业任务。研究成果为高端智能制造业提供关键技术装备支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

机器人视觉实时感知与灵巧作业控制技术作为智能制造机器人高适应性、高精度、智能化的根本保障，是必须首先解决的关键技术难题。项目在攻关过程中，分别从智能制造机器人高速高精视觉感知、高效实时轨迹规划和灵巧精准作业控制三个方面进行创新研究。在视觉感知方面，重点研究了复杂环境下全方位高分辨率高精度视觉信息获取、复杂环境下的高端智能制造机器人图像分割、高速运动目标的精准跟踪定位、多尺度特征提取和高速微弱目标智能检测方法；在轨迹规划方面，主要研究了机器人作业最优轨迹规划策略、机器人作业实时高效轨迹规划策略、多机器人协同作业规划策略等；在作业控制方面，重点研究了机器人鲁棒视觉伺服控制、机器人自适应轨迹跟踪控制、死区与约束非线性辨识、以及多传感器信息融合的力/位置混合控制方法。项目初步建立了智能制造机器人感知-规划-控制一体化理论体系，并通过自主开发的实验平台和工业典型应用系统验证了提出的方法的可行性和有效性。..基于上述研究，项目工作共发表论文64篇，其中IEEE Transactions 的SCI论文28篇，国内国际会议论文4篇。申请或授权专利20项，软件著作权5项。项目组共培养博士毕业生10名以及硕士毕业生22名。