你也許很難想象，在裝配大型設(shè)備的巨大組裝車間里，緊張而忙碌的裝配場景中，卻很少看見裝配工人的身影，"機(jī)器人"成了裝配車間的主角--它們按照指定程序、路徑快速"移動"，準(zhǔn)確地完成搬移、安裝等任務(wù)--這就是上海交通大學(xué)在面向數(shù)字化裝配的多AGV移載裝備協(xié)調(diào)技術(shù)研究中取得的成果。在2013年工博會上，"面向數(shù)字化裝配的多AGV移載裝備協(xié)調(diào)技術(shù)研究"亮相伊始，就吸引了大家的眼光。

    把指定零件送錯位置？這樣的錯誤在"機(jī)器人"身上不會發(fā)生

    說得簡單一些，AGV就是一種移動機(jī)器人。提起機(jī)器人，由于它的名字中帶一個"人"字，再加上很多科幻作品的渲染，人們很容易在想象中認(rèn)為它具有"人的樣子"，但"面向數(shù)字化裝配的多AGV移載裝備"卻更像是一臺臺"小車"，可別小看這群貌似笨拙的家伙，它們可是上海交通大學(xué)為數(shù)字化裝配"量身定做"的智能、移動 "機(jī)器人"。

    數(shù)字化裝配是大型設(shè)備制造過程中非常重要的環(huán)節(jié)，裝配工作量約占整個制造勞動量的40%～50%。許多設(shè)備的部件尺寸大、零件數(shù)目多、精度要求高、協(xié)調(diào)過程多，而我國由于數(shù)字化裝配技術(shù)的不足，裝配問題相對于零件制造就更為突出。針對這些問題，上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心曹其新領(lǐng)銜團(tuán)隊，進(jìn)行了面向數(shù)字化裝配的多AGV移載裝備協(xié)調(diào)技術(shù)研究，針對大型部件的數(shù)字化裝配過程，設(shè)計開發(fā)了運(yùn)動靈活的全方位移動式AGV移載裝備，說得更明白一些，它們可以被稱為"智能、移動、裝配機(jī)器人"。

    這個方方扁扁貌似笨拙的"機(jī)器家伙"，游走起來卻分外靈活，它能"自己識別"道路上的標(biāo)識，"走"到指定地點(diǎn)，精確完成運(yùn)輸、裝配等任務(wù)。

    和以往的其他機(jī)器人相比，"移動裝配智能機(jī)器人"雖然全無"人"的外貌外型特征，卻有很強(qiáng)的現(xiàn)場視覺識別定位、導(dǎo)引能力，它綜合了AGV開發(fā)的三個重要技術(shù)（是什么），尤其是激光、視覺等多傳感器融合的識別系統(tǒng)的引入，使得AGV智能識別和決策更加完善，對于提高AGV智能協(xié)同作業(yè)以及作業(yè)精度和速度具有突破性發(fā)展。由于采用增強(qiáng)現(xiàn)實的視覺技術(shù)，完成了AGV在車間內(nèi)的全局定位與導(dǎo)引的功能，車間地面需要經(jīng)過的路線上鋪設(shè)特征帶，在AGV車體底部架設(shè)視覺傳感設(shè)備，當(dāng)AGV車體在特征帶上經(jīng)過時，通過視覺系統(tǒng)對特征帶上圖案的識別，實現(xiàn)AGV的精確定位。把指定零件送錯位置？這樣的錯誤人一不小心可能會犯，在機(jī)器人身上卻不會發(fā)生！

    針對制造車間空間狹窄等問題，項目還進(jìn)行了全方位移動式AGV移載裝備系統(tǒng)設(shè)計。"移動裝配智能機(jī)器人"采用4輪懸掛結(jié)構(gòu)，設(shè)計具有大負(fù)載能力的全方位輪方案，解決全方位輪的固有弊??；同時解決了在高速下的多軸速度協(xié)調(diào)問題以及高速運(yùn)動時的穩(wěn)定性問題，實現(xiàn)姿態(tài)優(yōu)先的全方位移動的精確協(xié)調(diào)控制，達(dá)到運(yùn)動規(guī)劃的高效性目的；同時獲得對系統(tǒng)干擾及參數(shù)變化具有完全的自適應(yīng)性與不變性的控制效果，優(yōu)化機(jī)器人無碰撞路徑，從而提出一套適用于要求高速、穩(wěn)定且效率高的應(yīng)用場合下全方位移動式AGV的運(yùn)動控制方法。

    當(dāng)這樣的"機(jī)器（人）"投入到大型設(shè)備的裝配，顯而易見，顯著提高勞動生產(chǎn)率是最直接的成果，同時極大地提高了裝卸搬運(yùn)的自動化程度。

    "機(jī)器人"聯(lián)合起來工作？這樣的場景已經(jīng)實現(xiàn)

    大型部件體積及重量異常龐大，無法由單一AGV進(jìn)行搬運(yùn)，很多人可以組合成團(tuán)隊合作，"機(jī)器人"可以做到嗎？利用上海交通大學(xué)研制的AGV，這樣的場景已經(jīng)實現(xiàn)。"移動裝配智能機(jī)器人"在多智能體協(xié)同導(dǎo)引方面取得突破，實現(xiàn)了多AGV的同步協(xié)調(diào)運(yùn)動控制，可以"多人合作"完成合作搬運(yùn)，提高裝配操作的準(zhǔn)確度和快速性。當(dāng)多個AGV在合作搬運(yùn)一個大物料時，對于車體的前進(jìn)速度以及側(cè)向位移均是合作搬運(yùn)的重要指標(biāo)量，為了實現(xiàn)運(yùn)動過程中的精確同步協(xié)調(diào)控制，必須將這些指標(biāo)作為系統(tǒng)輸入，實時調(diào)整，控制其誤差。項目技術(shù)負(fù)責(zé)人冷春濤介紹："我們主要是將交叉耦合控制方法應(yīng)用于全方位移動AGV，利用交叉耦合控制方法對誤差的控制，達(dá)到對AGV的姿態(tài)優(yōu)先控制的目的，實現(xiàn)AGV的全方位移動方式的準(zhǔn)確控制，最終完成多AGV協(xié)作搬運(yùn)物料等的任務(wù)。"項目組還創(chuàng)新地提出了基于多傳感器信息融合的多智能體協(xié)同導(dǎo)引的理論與方法，多臺AGV進(jìn)行協(xié)同運(yùn)動主要采取主從控制方法，屬于從控制的AGV通過激光掃描儀掃描周邊環(huán)境，從掃描獲得的點(diǎn)云信息中通過特征匹配獲得主AGV，通過算法獲得主AGV的定位信息，從而實現(xiàn)跟蹤控制，獲得多臺AGV的協(xié)調(diào)運(yùn)動控制。

    未來應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛

    AGV綜合技術(shù)集中了傳感器技術(shù)、機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動化控制工程以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機(jī)電一體化的最高成就，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。但在中國，AGV的技術(shù)水平和國有化程度都不算高。曹其新及其團(tuán)隊的研究，目前已經(jīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，除了要改變傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)模式，實現(xiàn)生產(chǎn)智能化、現(xiàn)代化，生產(chǎn)流水線智能化，同時致力于推動規(guī)劃學(xué)科、模式識別、智能控制等前沿學(xué)科的研究。

    許多生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的國際巨頭，如今都把中國市場看作"決勝未來的戰(zhàn)場"。據(jù)測算，"十二五"期間，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場需求將呈井噴式發(fā)展，需求量將以每年15%的速度增長。制造業(yè)由于有大量繁重復(fù)雜的裝配工作，無疑是"工業(yè)機(jī)器人"使用最廣泛的領(lǐng)域，很多人工不適合的狹窄、精密、高度重復(fù)、強(qiáng)負(fù)重等工作場所，工業(yè)機(jī)器人正在逐步替代人類大顯身手，且運(yùn)用空間前景將不斷擴(kuò)大。未來，"智能機(jī)器人"的應(yīng)用領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)大，航空、汽車等工業(yè)，大型倉儲運(yùn)輸?shù)确?wù)業(yè)，也許都可以看見大規(guī)模使用的樂觀前景。