智能机器人技术

一、团队简介

自动化学院隶属于西安交通大学电子与信息学部，涵盖自动控制研究所、系统工程研究所、综合自动化所及控制理论研究所。该学院于1958年成为国内首批创建“自动控制”专业的院校之一，是国内最有影响力的学科之一。1987年，学院与机械和管理学科共建“机械制造系统工程国家重点实验室”。2014年，学院建设和成立了“视觉信息处理与应用国家工程实验室”。2015年，成立了“陕西省智能测控与工业大数据处理工程研究中心”和“陕西省机器人先进控制工程实验室”。学科首批获得硕士和博士授予权以及博士后流动站，2007年被确认为国家首批一级重点学科。目前，学院拥有70多名教师，其中包括2名院士和50多名正副教授；此外，博士、硕士研究生共有500多名。

自动控制研究所的前身是1958年创立的自动控制教研室，1994年更名为研究所。现有教师11人，其中教授4人，硕士、博士等学历的教师70多人。主要研究方向包括机器人装备、智能制造系统、视觉感知与工业大数据、智能电网。

二、团队项目

1. 机器人控制关键技术研究

针对制造过程上下料、物料传送、喷涂作业，以及电商无人配送、建筑作业，研究机器人控制关键技术与装备。

（1）研究内容

• 面向快速生产线的机器人高效平稳动力学控制方法；
• 复杂作业的机器人路径规划；
• 双臂机器人协作方法。

（2）承担课题

• 国家重点研发计划：复杂建筑作业环境的双臂机器人规划与协作控制关键技术（2018-2021年）；
• 陕西省重点项目：面向智能生产线的快速机器人控制系统（2014-2016年）；
• 苏州市重大科技项目：面向大型构件再制造的机器人三维感知与控制技术；
• 产学研项目：机器人控制系统关键技术研究等；
• 产学研项目：防爆型喷涂机器人关键技术及喷涂装备研制；
• 产学研项目：无人配送机器人研制。

（3）取得的研究成果

• 提出了考虑惯量变化及多关节非线性耦合的影响的新算法，发明了实用的轨迹控制及柔性速度控制算法；
• 开发出多种机器人控制器，实现了机器人运动学、逆运动学、动力学、示教重现、协作控制等算法。控制器末端定位精度0.01毫米，最大速度达300°/s。

（4）技术特点

• 伺服接口采用高速以太网接口；
• 控制器采用双核处理器，示教盒基于Wince6.0；

• 软件采用可组态结构。

  2. 工业制造用机器人装备开发

• 关节型机器人装备，已产业化；

• 高速冲压机器人装备，已产业化；

• 相贯线切割机器人。

  3. 喷涂机器人关键技术及装备的开发

• 难点技术问题：防爆机构设计、空心斜角手腕机构设计与制造、非球型手腕机构机器人控制与规划。

• 已完成机器人本体结构、防爆系统及空心手腕的机构设计，零件正在加工制造，开发出喷涂机器人控制器。

  4. 机器人化的无人配送系统

无人机智慧物流系统由配送无人机（大中型）、智慧无人机场、智能配送终端、无人小车等构成。

（1）配送无人机

• 干线货机实现跨省货物调配；
• 大型无人机完成省内城市间货物转运；
• 末端无人机实现最后一公里物流配送。

（2）智慧无人机场

• 半径10-50公里的无人机货物配送中心，包括无人机调度和管理、智能仓储系统。

（3）智能配送终端

• 通过在配送区域密布终端，连接无人机、无人小车与收货人。

主要工作内容：

• 智能配送终端机构优化与系列化设计；
• 货物转移机器人机构改进设计；
• 无人机在终端上准确定位技术；
• 信息管理软件开发，包括终端设备软件、机场服务器调度软件及APP软件；

• 产品化技术准备。

  5. 机器人化智能配送终端关键技术

（1）无人机在智能终端上准确定位

• 定位精度范围达到±50mm，使用GPS导航时，定位精度只能达到1m范围精度。

（2）货物转移机器人机构的设计

• 实现货物在无人机、储物格、取发货口之间的转移。

（3）终端控制与管理单元

• 多轴联动、快速运动控制，控制、通信与管理一体化技术。

项目创新点：

• 终端内部货物转移机器人的灵巧机构设计；
• 结合GPS、机器视觉与机械机构的无人机精准定位技术；

• 通过机器人化节点实现无人机与送发货人的连接。

  6. 建筑机器人

• 承担国家重点研发计划项目：“面向建筑领域的智能机器人关键技术与装备”。

• 项目目标开发：

• 大载荷液压驱动双臂板材安装机器人；

• 大曲率异形木构加工机器人；
• 三种材质建筑结构打印机器人。

一、团队简介 自动化学院属于西安交通大学电子与信息学部，包括自动控制研究所、系统工程研究所、综合自动化所及控制理论研究所。1958年国内首批创建“自动控制”专业，国内最有影响的学科之一。1987年与机械和管理学科共建“机械制造系统工程国家重点实验室”。2014年建设和成立“视觉信息处理与应用国家工程实验室”。2015年成立“陕西省智能测控与工业大数据处理工程研究中心”和“陕西省机器人先进控制工程实验室”。学科首批获得硕士和博士授予权以及博士后流动站，2007年被确认为国家首批一级重点学科。现有教师70多名，包括院士2名，正副教授50多名；另外博士、硕士研究生有500多名。 自动控制研究所前身是创立于1958年的自动控制教研室，1994年改名成立研究所。现有教师11人，其中教授4人，有硕士、博士等70多人。主要研究方向为机器人装备、智能制造系统、视觉感知与工业大数据、智能电网。 二、团队项目 1、机器人控制关键技术研究 针对制造过程上下料、物料传送、喷涂作业，及电商无人配送、建筑作业，研究机器人控制关键技术与装备。 （1）研究内容 1面向快速生产线的机器人高效平稳动力学控制方法； 2复杂作业的机器人路径规划； 3双臂机器人协作方法 （2）承担课题 --87-- 西安交通大学国家技术转移中心 1国家重点研发计划，复杂建筑作业环境的双臂机器人规划与协作控制关 键技术，2018年-2021年； 2陕西省重点项目，面向智能生产线的快速机器人控制系统，2014-2016； 3苏州市重大科技项目，面向大型构件再制造的机器人三维感知与控制技 术； 4产学研项目，机器人控制系统关键技术研究等； 5产学研项目，防爆型喷涂机器人关键技术及喷涂装备研制； 6产学研项目，无人配送机器人研制。 （3）取得的研究成果 1考虑了惯量变化及多关节非线性耦合的影响，提出了三次曲线插值、斜 角逆运动学、非线性补偿等新算法，发明了实用的轨迹控制及柔性速度控制算法。 2开发出多种机器人控制器：实现了机器人运动学、逆运动学、动力学、示教重现、协作控制等算法。可以为多种机器人装备进行配套，控制器末端定位精度0.01毫米，最大速度达300°/s。 （4）技术特点 1伺服接口采用高速以太网接口： 2控制器采用双核处理器，它有两个核:DSP核和ARM核.示教盒基于 Wince6.0。 3软件采用可组态结构。 2、工业制造用机器人装备开发 （1）关节型机器人装备，已产业化； --88-- 西安交通大学国家技术转移中心 （2）高速冲压机器人装备，已产业化； （3）相贯线切割机器人。 3、喷涂机器人关键技术及装备的开发 难点技术问题：防爆机构设计、空心斜角手腕机构设计与制造、非球型手腕机构机器人控制与规划。 已完成了机器人本体结构、防爆系统及空心手腕的机构设计，零件正在加工制造，开发出喷涂机器人控制器。 4、机器人化的无人配送系统 无人机智慧物流系统由配送无人机（大中型）、智慧无人机场、智能配送终 --89-- 西安交通大学国家技术转移中心 端、无人小车等构成。 （1）配送无人机 干线货机实现跨跨省份的货物调配;利用几百公斤到几吨载重的大型无人机，完成省内城市间货物的转运;利用载重5-50公斤、飞行半径10-50公里的末端无人机，实现最后一公里的物流配送。 （2）智慧无人机场 半径10-50公里的无人机货物配送中心，包括配送无人机调度和管理,由各种码垛机器人、分拣机器人等构成的智能仓储系统。 （3）智能配送终端 智能配送终端是无人机配送网络中非常关键的节点，通过在配送区域密点布置终端，把无人机、无人小车与收货人连接起来。 主要工作内容： 在已开发出的智能配送终端基础上，按照无人机配送的场合和需求，开发 多种规格的智能配送终端： （1）智能配送终端机构优化与系列化设计 （2）货物转移机器人机构改进设计； （3）无人机在终端上准确定位技术； （4）信息管理软件开发，包括终端设备软件、机场服务器调度软件及APP 软件。 （5）产品化技术准备。 5、机器人化智能配送终端关键技术 （1）无人机在智能终端上准确定位 智能终端是直径3.3m的圆形，要求无人机的定位精度范围达到±50mm。使用GPS进行导航时，定位精度只能达到1m范围精度。 （2）货物转移机器人机构的设计 需要实现货物在无人机、储物格、取发货口之间的转移。如果采用一个6 关节机器人，虽然能实现货物拆包，但机构较复杂，会使价格较贵。 --90-- 西安交通大学国家技术转移中心 （3）终端控制与管理单元 多轴联动、快速运动控制，控制、通信与管理一体化技术。 项目创新点 （1）终端内部货物转移机器人的灵巧机构设计； （2）结合GPS、机器视觉与机械机构的无人机精准定位技术； （3）通过机器人化节点实现了无人机与送发货人的连接 6、建筑机器人 正在承担一个国家重点研发计划项目,“面向建筑领域的智能机器人关键技术与装备”。 项目目标开发： （1）大载荷液压驱动双臂板材安装机器人； （2）大曲率异形木构加工机器人； （3）三种材质建筑结构打印机器人。