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（演讲PPT）-45页_17mb

集群机器人协同制造总结

核心内容

集群机器人协同制造是当前机器人技术发展的重要方向，旨在通过多机器人协作解决大型复杂部件制造中的高精度、高效率、高柔性等难题。该技术结合人工智能、复杂自适应系统理论和机器人技术，形成一个覆盖性强、集成度高的技术平台，具有广泛的应用前景。

主要观点

1. 背景意义与挑战

   • 机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，是衡量国家科技与制造水平的重要标志。
   • 集群机器人系统被列为未来十年的重点发展方向之一，也是机器人技术面临的十大挑战之一。
   • 现有制造模式依赖人工或专机设备，存在一致性差、效率低、适应性弱、协同性差等问题。
   • 集群机器人协同制造面临多学科交叉、海量信息实时传输与计算、多模态精准感知、多任务高效协同等挑战。

2. 关键技术与应用

   • 三维视觉识别定位：通过算法实现异形无序工件的识别与引导抓取。
   • 多目标优化决策方法：基于强化学习（Q-learning）实现多机器人任务分配与调度。
   • 路径规划方法：采用差分进化算法解决大规模移动机器人的自主避障问题。
   • 分布式鲁棒协同控制：提升多机器人协同加工大型复杂部件的质量一致性。
   • 多机器人协作控制系统：应用于大型船舶制造、盾构机加工、汽车零部件制造等领域，显著提升加工效率与精度。
   • 突破性成果：成功研制大型舰船螺旋桨多机器人加工自动化生产线，实现加工误差降低和效率提升。

3. 发展趋势与展望

   • 集群传算架构创新：构建高性能传算一体化架构，实现异构数据自动分发和云边端资源调度。
   • 多模态精准感知方法：研究动态制造场景下的多源异构传感器融合机制，提升环境理解与状态感知能力。
   • 混合工艺网络化协同制造模式：建立异构集群机器人分布式控制架构与多任务自组织协同机制，增强制造系统的灵活性与适应性。
   • 生物群智启发：借鉴生物群体协作机制，推动集群机器人技术向更高智能与协作性发展。

关键信息

• 应用场景：集群机器人协同制造技术广泛应用于航空航天、海洋舰船、轨道交通等重大装备制造领域。
• 技术挑战：包括海量信息实时传输与计算、多模态精准感知、多任务高效协同制造等。
• 科学问题：
  1. 集群机器人高效传算一体化协同机制。
  2. 大范围精密测量与分布式特征识别机理。
  3. 感知-认知-决策-控制协同作业模式。
• 政策支持：国内外政策高度重视集群机器人技术，如《中国制造2025》《新一代人工智能发展规划》等。
• 成果展示：
  • 集群机器人协同制造系统在大型部件加工中实现效率与精度的显著提升。
  • 成功应用于多种高端制造场景，如北汽集团、大型舰船螺旋桨加工等。

发展驱动力

• 互操作性：提升集群机器人系统的信息传输与共享能力。
• 人机协同性：推动人与机器人之间的高效协作。
• 智能自主性：提高系统在复杂环境下的智能决策与控制能力。
• 网络安全性：确保系统在复杂网络环境下的安全可靠运行。

展望

集群机器人协同制造技术将颠覆传统制造模式，推动我国重大装备制造向高效、高柔性、智能化方向发展。通过生物群智启发和多学科交叉融合，未来将实现更优的协同作业机制与更广泛的应用场景。