人机协作型移动双臂机器人的基础研究

Aiming to meet the needs of developing cooperative dual-arm mobile robot (CDMR), the project focuses on four basic scientific problems, which are integrated bionic structure and compliance design methodology, action laws of interactive human-robot-environment system coupled with multimensional motion and forces, knowledge increment mechanism after decomposing and transmitting of human operations and highly efficient and secure coordination strategy in a human-robot-object shared space. To this end, studies including bionic synthesis design of CDMR, interaction dynamics and synergic control of human-robot-environment system, multimodal perception and human-robot coordination technique, information conveying method based on augmented reality, high-efficiency coordination oriented state evaluation, integration and experimental verification of CDMR system will be conducted. The resultant CDMR platform will perform typical applications of future manufacture , such as precise assembly and streamlined production via human-robot coordination, thus providing critical support for developing new generation of human-fused robot in terms of state-of-art theories and technologies.

本项目针对工业领域对协作型移动双臂机器人的重大需求，围绕“协作型移动双臂机器人的构型仿生与刚柔软一体化设计方法”、“人-机器人-环境交互系统的空间/运动/力多维耦合作用规律”、“人操作技能解析、操作技能高效传授与机器人知识增殖机理”、“人、机、物共享空间下协作的高效性与安全性动态调控机制”等四方面基础科学问题，开展具有原创性的人机协作型移动双臂机器人的仿生综合设计、人-机-环境交互系统动力学与多元协同控制、机器人多模态环境感知与人机互适应协作技术、基于增强现实与自然交互的人－机技能传授技术、面向高效人机协作的状态评估与安全作业机制、人机协作移动双臂机器人系统集成与实验验证等理论方法与技术研究。建立协作型移动双臂机器人的技术验证平台，面向未来制造业 “人机协作精密装配”和“人机协作流水作业”等典型应用开展功能演示与技术验证，为推动新一代与人共融机器人的发展提供必要的基础理论与关键技术支撑。

本项目按照项目计划书的目标及进度安排完成了各项研究工作，具体包括：完成了协作型移动双臂机器人的仿生构型设计，自主研发了谐波减速机、永磁同步伺服电机、光电编码器，力矩传感器、驱控一体化关节等机器人核心零部件，自主编写了机器人底层驱控软件及图形化编程软件等，在此基础上完成了工程样机研制，开展了相关理论算法研究。具体为：基于全局优化的机械臂动力学参数辨识及碰撞检测方法；基于麦克斯韦模型的阻抗控制、导纳控制及柔顺控制方法；静态环境复杂轨迹学习与精确复现、动态环境下的技能学习与实时避障；基于模仿学习的机器人接触任务多约束安全控制，人臂变阻抗技能学习与传递、多臂机器人协调运动规划理论等研究，实验验证了所提方法的有效性，以上技术可为推动新一代与人共融机器人的发展提供必要的基础理论与关键技术支撑。