中国工程院院士王耀南：集群机器人协同制造技术应用及发展趋势

机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心汇报提纲汇报提纲⑧脑机接口345环境感知任务执行环境感知任务执行678航空航天海洋舰船轨道交通9一、背景意义与难点挑战设工业制造强国”深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业高端化智能化绿色化。培育先进制造业集群，推动集成电路、航空航天、船舶与海洋工程装备、机器人、先进轨道交通装备、先进电力装备、工程机械、高端数控机床、医药及医疗设备等产业创新发展，改造提升传统产业，推动石化、钢铁、有色、建材等原材料产业布局优化和结构调整，扩大轻推动航空航天、海洋舰船、轨道交通等重大装备的智能制造产业升级至关重要航空发动机和机身蒙皮是大型客机的“心脏”和"皮肤",是巡航空天的动力之源和抵御极端恶劣条件的强大屏障壁厚误差大、应力集中装配间隙大、密封性差主体覆盖部位强度下降严重影响飞机气动性能壳体和螺旋桨作为大型舰船的承载保护和驱动装置，是应对恶劣海况冲击和高效安全航行的重要支撑和保障制造缺陷受热不均匀，焊接易变形焊缝连接不光顺，未熔合严重后果船体局部强度下降影响承载力和负荷力高精准的转向架和高质量的车身，具有优良的承载、导向、减震、制动等功能，能够确保高速列车安全稳定运行制造缺陷焊接裂纹，疲劳失效喷涂不均匀，易侵蚀严重后果车身强度低，易断裂空气阻力大，能耗高大型复杂部件制造难点大型复杂部件制造任务面临规模大、任务多、精度高等难点复杂部件制造难点粗糙度<10微米不低于95%人工加工专机加工人工加工专机加工产线加工一致性差需提高相对专机加工效率低3至10倍加工对象单一，加工工序单一协同性弱需提高缺乏感知认知，推理决策功能强调机器人可拓展性和连接性聚焦机器人加工能力与机器人技术集群机器人技术相互整合连接使整个系统发挥作用追求更优的机器人行动力和感知力动和学习，提升机器人的作业范围着眼于智能信息传感与机器人技术工业4.0是极其重要的突破性技术掌握工业技术的主导力是未来生存能力的决定性挑战·新一代信息技术与制造业深度融合为主线群体智能、自主智能系统为重点发展方向机器人制造的不足精机器人测量系统(达素公司，2017)复合材料机翼检测(Boeing,2019)机器人加工制孔机器人加工制孔(Airbus,2018)亟需探究集群机器人之间协同机制，推动智能制造范式变革独辟蹊径地提出重大装备制造的集群机器人协同制造新模式，替代专机或人工完成复杂部件测量、加工、装配制造等过程1多模态异构政据融合精准感知实时精准定位位姿…集群机器人协同制造智距离…汇报提纲汇报提纲高端装备大型复杂部件的高效制造是一项世界性难题需开创多机器人高效协同加工新技术解决方法解决方法多目标TaklTak2-优化决策TakIkTakkXxn-a)8qa+b)q-深度学习网络识别深度学习网络识别目标三维姿态重建panar-erxppanar-erxpPS机械手识别抓取目标奖赏评价强化学习(Q-learning)PP信息更新数据库p.(o∩p,(1)=D,p,∩Obj=0障碍信息个p差分进化算法任务信息P=P+F·∑(P↑-P)交叉地图信息p/⁴=p,ifr()≤minL(P)=min∑∑P-PI目标点陶碍物户多传感器信息反馈多传感器信息反馈研究基于环境感知的分布式鲁棒协同控制方法，解决了多机器人协同加工大型复杂部件的质量一致难题环境感知与人机交互规划数据库环境信息库结构化地图大型复杂构件加工成果发表在IEEETrans.onControlSystems跟踪控制避障网k.kk9.轴入多机器人协同算法WM器提出了智能协调优化控制方法，研制出视觉引导的多机器人协作控制系统，应用于大型船舶制造企业复杂部件的抓取、焊接作业智能协调优化鲁棒控制高精度执行民MclMKM.组器人1t,提出了多机器人自适应协作控制方法，研制了高端制造大型复杂部件多人机交互Robot1Robotn多机器协作算法u死区补偿死区补偿感感像像考考研制出多机器人协同制造生产线控制系统，应用于多研制我国首条大型舰船螺旋桨多机器人加工自动化生产线低到0.14%,加工效率提高31.8%,颠覆了手工作业模式，满足研制出大型盾构机零部件多机器人加工自动化生产线"实现盾构机刀盘的自主生产，装配精度提高至0.02mm,合格率达99.98%,打破国外技术垄断，国内市场占有率第一”汇报提纲汇报提纲需要解决集群机器人高效传算一体化协同机制、大范围精密测量与分通信计算协同制造物科学问题一：集群机器人高效传算一体化协同机制针对重大装备制造中设备动态弹性组网、异构数据可靠交互、传算资源实时调度等需求，揭示面向集群机器人协同制造的传算一体化机理，实现海量数据实时传输与处理计算任务动态异构移动协作工业互联同科学问题二：大范围精密测量与分布式特征识别机理机多特征基元(点/线/面/灰度)扫描仪几何语义(图像、点云)多源感知数据精准融合多传感针对集群机器人设备多异构、场景高动态、系统强耦合等特复杂制造场景下的新型高性能传算一体化网络架构三、发展趋势与展望多模态的集群机器人作业精准感知方法三、发展趋势与展望集群机器人混合工艺网络化协同制造模式关键技术验证与应用关键技术验证与应用围绕科学问题高效传算一体化协同机制精密测量与分布式特征识别机理感知-认知-决策开展关键技术研究预期目标研制"精准感知一高效传算一动态规划一协同控制”集群机器建立并完善集群机器