传统的工业机器人在工作状态、调试过程中失控情况时有发生。实现人机共融亟需解决在非预测环境下多模态感知、碰撞检测、决策算法、智能控制等一系列关键技术问题。安全性是人机共融的基本特性，体现在协作机器人对碰撞发生时的快速检测与反应的能力，解决多模态传感器与碰撞检测的信息融合是关键技术。

集萃智造协作机器人突破了多模态传感器与碰撞检测的信息融合的关键技术，*终实现人机共融混合作业。

辨别人与机器人是事故碰撞还是人有意识的软接触是人机共融系统的难点。如果是事故碰撞，机器人必须立即停止，避免对人造成伤害；如果是软接触，机器人也会降低运行速度，避免对人造成威胁，但是机器人不会停机。集萃智造协作机器人利用视觉感知与碰撞检测信息融合的关键技术解决了此难点：利用双目视觉与红外传感器，辨识和判定人与机器人在逐渐接触之前的接触状态，通过采集关节电流频率检测判定是否碰撞，利用视觉场景感知与碰撞电流信息融合判定碰撞是软接触还是事故碰撞，下图所示为机器人视觉多模态感知场景。

图1 视觉多模态感知场景

作为多关节高阶非线性强耦合的复杂系统，集萃智造协作机器人着力解决负载电流和外界扰动电流的精准识别、摩擦力等参数的识别，建立相互点间的映射关系，实现操作者意图的准确理解，完成机器人高度跟随，*终实现了两个复杂系统之间人机共融安全混合作业。

集萃智造人机共融协作机器人技术特点

集萃智造协作机器人（IIMT-CR），围绕人机共融协作前沿，通过理论计算、计算机系统仿真与半物理验证的方法，突破多项机器人设计本身的核心与关键技术，实现与人共融的目标：

（1）以安全性、动力性能以及精度为目标，通过优化电机永磁体形状来减小电机的齿槽转矩，研制出了无框中空直驱电机，作为机器人的驱动源；运用有限元法对新型驱动电机的模态振型和等效应力等力学特性进行分析，有效避免在运行过程中电机出现的共振问题。

（2）采用数值优化和有限元模拟相结合的多目标轻量化设计方法进行机器人本体的结构设计；搭建整个机器人的虚拟样机模型，研制出高功率密度比的机电一体化关节，建立了基于虚拟弹簧-摩擦等非线性系统的关节柔性模型，增强机器人柔性化操作的能力。

（3）突破了机器人本体中急停与降速装置设计，双编码器的比对，参数识别、拖拽示教算法，零力矩点控制，给予基于电流的安全碰撞检测等一系列关键与核心技术，开发出能够在非预测环境下实现人机融合的机器人本体。

（4）从多模态感知技术出发，提出双目视觉、红外探测的人机位置接触点的信息融合算法，搭建机器人-人-环境多模态复杂环境联合实时仿真系统，通过实验数据进行算法修正，对人机接触和碰撞时的检测以及智能控制策略进行验证，实现人-机-环境在非预测环境下的高度融合与相互适应性。

集萃智造协作机器人应用于医疗穿刺

集萃智造联合南京大学医培训附属鼓楼医院将具有自主研发的协作机器人本身的拖拽示教、精准定位与碰撞检测算法，以及多模态感知技术，应用在临床手术中进行**定位，辅助医生进行人体医学的微创穿刺手术，通过协作机器人与人共融的特性，实现协作机器人在医疗领域的应用。

医生徒手穿刺具有很大的挑战性，尤其是柔性针操控，利用机器人辅助针穿刺被广泛认为是一条技术上可行的路径，它在稳定性、精准性和安全性方面，与徒手穿刺相比，有全面的提高，是穿刺技术发展的必然趋势。在医疗机器人研究领域，机器人辅助穿刺已经成为一个研究热点，引起了很多关注，如今也出现了一些应用于不同病症的机器人辅助针穿刺系统，实现了临床试验。机器人辅助技术一直是现代外科医学的重要研究课题，研究机器人辅助穿刺技术不仅有重要的理论意义，而且在临床上可以有效地提高穿刺的操作精度和手术质量，在微创外科领域有广泛的应用价值。

本文摘自：网络 日期：2020-02-27
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