2020年协作机器人行业发展蓝皮书.pdf - 第27页
2020 年协作机器人产业发 展蓝皮书 26 主动柔顺性是通 过主动柔 顺控制， 即力控制， 使机器人具有主动 对外界感知和 控制的能 力。 根据机器人实现 依从运动的 特点来看， 可以将 机器人主动柔顺 控制策略归为四 大类： 阻 抗 / 导纳控制 策略、力 / 位混 合控制策略 、自适应控制 策略和智能控制 策略。目前， 大部分协 作机器人力控制 由力 / 位混 合控制策略朝自 适应控制策略跃 进。 为了提高机器人 力控精度 ， 引…
2020 年协作机器人产业发展蓝皮书
25
（4）共融性
协作机器人的共融性主要指协作机器人系统易于嵌入或接纳其它系统、易于转化先进的
理论与算法，使得自身功能不局限于机器人制造商的定义，而具有极大的扩展性。
各协作机器人企业都通过开发硬件或者软件，抑或两者兼备的方式确保其能实现人机协
同作业，但不同企业实现途径不一。
在协作机器人 ROS
框架与丰富的二次开发接口支持下，协作机器人可快速完成角色转
变。视
觉技术、力控技术、移动操作技术、AI 技术均可快速地融入协作机器人操作系统，
衍生出丰富的功能以适应不同的应用需求。
1）
视觉技术：
机器人视觉系统有单目视觉、双目立体视觉、多目视觉和全景视觉等，根据功能不同可
分为视觉引导与视觉检测。视觉引导包含引导和定位。视觉引导与定位要求机器人能快速地
找到目标物的位置，并自主规划轨迹快速到达目标点机器人与视觉技术结合。该技术能完成
更精准的组装、焊接、处理、搬运等工作。视觉检测主要包含缺陷检测、外观检测等。视觉
系统检测目标物外观特性，确定目标质量，进而引导机器人完成相应的操作。
2）
力控技术：
为解决机器人研究中的核心矛盾之一，即机器人在特定接触环境操作时对可以产生任意
作用力柔性的高要求和机器人在自由空间操作时对位置伺服刚度及机械结构刚性的高要求
之间的矛盾，引入了柔顺性（即柔顺控制，机器人能够对接触环境顺从的能力）这一概念，
其可以分为被动柔顺性和主动柔顺性。
其中，被动柔顺性是凭借一些辅助的柔顺机构，即被动柔顺机构（如弹簧、阻尼等），
来实现在机器人末端柔顺操作（如轴孔装配等），此技术适合于较低精度的装配作业。
均可快速地融入协作机器人操作系统，
机器人视觉系统有单目视觉、双目立体视觉、多目视觉和全景视觉等，根据功能不同可
框架与丰富的二次开发接口支持下，协作机器人可快速完成角色转
均可快速地融入协作机器人操作系统，
机器人视觉系统有单目视觉、双目立体视觉、多目视觉和全景视觉等，根据功能不同可
引导和定位。视觉引导与
更精准的组装、焊接、处理、搬运等工作。视觉检测主要包含缺陷检测、外观检测
系统检测目标物外观特性，确定目标质量，进而引导机器人完成相应的操作。
系统检测目标物外观特性，确定目标质量，进而引导机器人完成相应的操作。
引导和定位。视觉引导与
找到目标物的位置，并自主规划轨迹快速到达目标点机器人与视觉技术结合。该技术能完成
更精准的组装、焊接、处理、搬运等工作。视觉检测主要包含缺陷检测、外观检测
系统检测目标物外观特性，确定目标质量，进而引导机器人完成相应的操作。
控
技
术
机器人视觉系统有单目视觉、双目立体视觉、多目视觉和全景视觉等，根据功能不同可
机器人视觉系统有单目视觉、双目立体视觉、多目视觉和全景视觉等，根据功能不同可
2020 年协作机器人产业发展蓝皮书
26
主动柔顺性是通过主动柔顺控制，即力控制，使机器人具有主动对外界感知和控制的能
力。根据机器人实现依从运动的特点来看，可以将机器人主动柔顺控制策略归为四大类：阻
抗/导纳控制策略、力/位混合控制策略、自适应控制策略和智能控制策略。目前，大部分协
作机器人力控制由力/位混合控制策略朝自适应控制策略跃进。
为了提高机器人力控精度，引进传感器是必不可少的。机器人力控技术按传感方式可分
为三类：基于电机电流的力控制，基于关节转矩传感器的力控制和基于力/力矩传感器的力
控制。其中，为了实现高精度的机器人应用，如高精度装配作业、恒力打磨（抛光）作业、
柔顺拖动示教等，不少协作机器人企业已经实现了基于力/力矩传感器的力控制。
JAKA 节卡机器人在上海交通大学机器人研究所的支持下，完成了协作机器人动力学模
型精确辨识、高精度外力观测器构建、高鲁棒碰撞检测等无力传感器力控研究，同时完成了
协作机器人高精度轴孔装配、高精度恒力打磨等有力传感器力控研究，在力控技术有深厚的
积累。
3
）
移动操作技术：
由机械臂和自主移动机器人（AMR）组成的复合机器人，即移动操作机器人，其需求的
技术称为移动操作技术。
目
前移动操作技术主要有：
结构设计：根据不同工作环境需求，移动车体和机械臂的结构和功能不同。主要体现在
移动车体的移动方式（轮式、履带式）、机械臂结构（关节模块化、关节分离式）、移动
操作机器人工作空间等。
定位导航方式：为了保证其自由自主的移动，目前大多数相关产品采用激光无反 SLAM、
视觉 SLAM 或混合导航方式。
运动控制策略：移动车体和机械臂的结合使得移动操作机器人具有冗余的自由度（以机
械臂采用 6 轴协作机器人为例），整个系统成为复杂的多输入输出的非线性系统，通常
采取分散控制策略，即将移动车体和机械臂看作两个独立的系统，或者采用集中控制策
型精确辨识、高精度外力观测器构建、高鲁棒碰撞检测等无力传感器力控研究，同时完成了
协作机器人高精度轴孔装配、高精度恒力打磨等有力传感器力控研究，在力控技术有
协作机器人高精度轴孔装配、高精度恒力打磨等有力传感器力控研究，在力控技术有
力矩传感器的力控制。
节卡机器人在上海交通大学机器人研究所的支持下，完成了协作机器人动力学模
型精确辨识、高精度外力观测器构建、高鲁棒碰撞检测等无力传感器力控研究，同时完成了
协作机器人高精度轴孔装配、高精度恒力打磨等有力传感器力控研究，在力控技术有
技
术
：
由机械臂和自主移动机器人（
AMR
技术称为移动操作技术。
主
由机械臂和自主移动机器人（
技术称为移动操作技术。
作
技
术
结构设计：根据不同工作环境需求，移动车体和机械臂的结构和功能不同。主要体现在
2020 年协作机器人产业发展蓝皮书
27
略，即将移动操作机器人看作一个整体。
移动操作路径规划：移动操作路径指在工作环境中，移动操作机器人按照一定的优化方
式从给定起点到终点，并完成机械臂作业的运动路径。根据工作环境可分为：已知环境
模型（即障碍物）的全局路径规划、未知环境（基于环境传感器）的局部路径规划和全
局与局部结合路径规划。
多移动操作机器人协同作业：多个移动操作机器人系统的协同规划主要包含任务规划和
运动规划，即多移动操作机器人的任务分配与阶段记录和多移动操作机器人调度。
此外，由于移动操作技术需要很高的安全性，因此，机械臂往往采用协作机器人，保证
安全性的同时能够与人类协同工作，同时可以实现多任务和多场景的快速切换。
移动操作技术赋予了协作机器人极大的灵活性，使机器人不再拘束于固定工位，具有空
间上的延伸性，能在多任务场景中快速切换。
4
）
AI 技术：
AI 技术赋予机器人学习的能力。机器人作业多为重复任务，且任务种类、行为模式均类
似，机器人可以利用 AI 技术从一个任务中学习一类任务的实现流程。如由上海交通大学机
器人研究所开发的基于视觉的码垛演示编程，可由人进行一次码垛演示，机器人即可学会同
类物体的码垛，自动生成程序进行作业。
移动操作技术赋予了协作机器人极大的灵活性，使机器人不再拘束于固定工位，具有空
此外，由于移动操作技术需要很高的安全性，因此，机械臂往往采用协作机器人，保证
安全性的同时能够与人类协同工作，同时可以实现多任务和多场景的快速切换。
移动操作技术赋予了协作机器人极大的灵活性，使机器人不再拘束于固定工位，具有空
技
术
：
技术赋予机器人学习的能力。机器人作业多为重复任务，且任务种类、行为模式均类
似，机器人可以利用