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上海交通大學曹其新：面向柔性制造的移動操作臂抓取技術研究
【塑料機械網(wǎng) 熱點關注】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、自動化、零庫存是企業(yè)追求目標，在推進先進制造過程中機器人產(chǎn)業(yè)得到發(fā)展；在過去，機器人是制造自動化發(fā)展( CIMS和機器人技術在汽車制造)的關鍵，未來還是制造業(yè)主力軍。
在“OFweek2019(第九屆)機器人產(chǎn)業(yè)大會”上，上海交通大學/機器人研究所常務副所長曹其新教授發(fā)表了《面向柔性制造的移動操作臂抓取技術研究》的精彩演講，他就移動操作臂在本體結構設計、運動過程控制、環(huán)境和物體識別、路徑規(guī)劃、移動定位導航以及人機協(xié)作等關鍵技術上的研究和發(fā)展現(xiàn)狀進行了精彩分享。
隨著又一輪工業(yè)革命到來：工業(yè)4.0和中國制造2025，創(chuàng)新、速度、變化、個性化、多樣化給機器人產(chǎn)業(yè)帶來了挑戰(zhàn)和新發(fā)展機遇；機器人在工業(yè)3.0階段已經(jīng)實現(xiàn)了自動化的高速、高精度生產(chǎn)。在工業(yè)4.0階段，機器人開始從“籠子”里走出來了，機器人不僅要與人配合，還要與機器人協(xié)同合作，越來越多的場景需要機器人的更多功能，而實現(xiàn)這一切還需要多種因素促成。而復合機器人的出現(xiàn)則邁出了步。
曹其新教授在此次演講中針對面向柔性制造的移動操作臂的環(huán)境感知、SLAM和抓取技術進行解密，提出了實現(xiàn)移動操作臂自主移動、抓取識別的解決方案。
AGV+機械臂的方式應運而生
來來的智能工廠應該是柔性制造，小批量、個性化定制成為未來趨勢，產(chǎn)線根據(jù)產(chǎn)品及時調(diào)整生產(chǎn)單元組合，開始物流系統(tǒng)自動化，可移動、靈活性、自主性、無線連接、即插即用、人機協(xié)作的機器人才是工廠真正需要的，移動機械臂的出現(xiàn)實現(xiàn)了原材料抓取、零配件選撿、裝箱、上下料、運輸?shù)葟碗s任務。
機械臂，用以替代人體胳膊功能，AGV則用以替代人腿腳的功能，為了使機器人更加智能化、柔性化，同時具備腿和手的功能，AGV+機械臂的方式應運而生。
近些年，隨著機器視覺、機器學習、激光傳感器、深度相機等技術發(fā)展迅速，移動機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，識別并抓取目標物體。在工業(yè)上的應用前景開始明朗起來。很多機器人廠商抓緊機會開始推出自己的移動機械臂。
從庫卡到美國Fetch robotics都推出過移動機械臂，國內(nèi)移動機械臂的發(fā)展速度很快，很多機器人廠商和研究團隊，如新松機器人、藍胖子機器人公司、上交、哈工大、浙大等，都在這方面在這方面做出國貢獻，但移動機械臂事實上還處于發(fā)展階段，在實際工業(yè)場景中應用的還比較少，難點主要在于機器人的穩(wěn)定性和環(huán)境適應性上。
“移動機械臂的應用研究主要集中在其環(huán)境定位與導航上”，曹其新教授在演講一開始的時候就強調(diào)道。
在會議上，曹其新教授從技術的角度對激光SLAM、視覺SLAM、RGBD-SLAM、全景SLAM以及室外環(huán)境下多相機系統(tǒng)的全景SLAM、超聲SLAM、視覺與激光信息融合SLAM等導航定位方法的優(yōu)劣勢進行了一一對比。
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建技術的SLAM由此而誕生了，當傳感器為相機時，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，在近年受到了廣泛的關注。
而全景相機SLAM主要構造有雙魚眼組成的全景相機，可360°觀察周邊環(huán)境信息。 利用SLAM優(yōu)勢可以觀測到全向信息。在性價比和精度以及優(yōu)勢明顯，缺點是全景相機的原始圖像為圓形，畸變較大，需要進行圖像校正。
其次就是物體識別與移動抓取規(guī)劃技術，曹教授從模型識別、物體識別與姿態(tài)估計、3D物體數(shù)據(jù)采集到基于深度學習姿態(tài)識別、機械臂約束運動規(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，未來移動機器人市場有望達到千億美元，現(xiàn)在傳統(tǒng)工業(yè)機器人只有四百億美元。
當前，移動機械臂正在進入以前由人類及車輛占據(jù)的新領域，從倉庫和配送中心，到工廠車間，再到現(xiàn)在的實驗室和辦公區(qū)域，我們會看到越來越多這種自由行走的機器人
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