2021年09月26日 | 运动规划技术驱动制造柔性升级

机器人作为通用设备，可以应用于不同场景，但是不同场景的任务对机器人的运动会提出不同要求；这些不同工艺要求往往需要经验丰富的工程师，结合各本体厂商提供的工艺包反复调试最终达到。

对工程人员经验和本体商工艺包的依赖极大限制了机器人的应用场景。然而，所有的机器人运动都是由关节驱动的，理论上如果能直接控制关节运动，便可以实现满足各种工艺的机器人动作。

如本 MPC 运动规划控制器

如本的运动规划控制器（MPC，Motion Planning Controller）深度适配各品牌机器人，通过实时控制机器人的关节运动，在上位机接管运动学、标定、轨迹规划、碰撞检测、路径规划等计算，针对不同任务需求，自动生成机器人动作；降低机器人应用对经验、工艺包的依赖，拓宽机器人应用场景。

当前 MPC 适配的部分机器人控制器品牌

运动规划降低示教时间

在一些机器人应用场景中，涉及到大量的点位示教工作，在方案设计和现场部署过程中需要耗费大量时间，增加整体方案的时间和人力成本。

·点焊轨迹自动规划系统

点焊是汽车生产过程中的主要工序之一，一个白车身有 4000 个焊点需要通过点焊进行连接。但是，由于夹具复杂、工作空间狭窄、点位繁多，需要工程师在仿真软件中不断示教机器人动作，迭代修改夹具和机器人布局，耗时巨大。

如本的点焊轨迹自动规划系统可以从设计仿真软件中读取场景信息，基于场景模型和焊点点位数据自动规划出无碰撞、节拍更短的机器人动作，相比人工示教可以提升一百倍效率，帮助机器人选型、场景布局设计、夹具焊枪设计定型、点焊路径生成等工作，大幅度缩短点焊方案迭代设计时间。

如本点焊轨迹自动规划系统

运动规划解决小批量、多品类生产需求

一些产品由于定制化生产模式或多样化的需求来源，产品更迭快，往往会形成小批量、多品类的生产方式。这类生产方式难以通过传统的机器人固定示教方式解决，导致这些行业难以实现自动化改造。

·如本科技智能喷涂系统

在列车生产过程中，为了保证车厢表面美观，需要对车体表面进行喷涂处理。但是，由于列车车厢是由不同钢板焊接成形、形状一致性差，并且存在多种车型，难以实现自动化生产。所以，当前列车车体的喷涂工作都是由人工进行的，成本高，工艺一致性差，对人体危害大。

如本结合 3D 视觉和运动规划技术，通过 3D 视觉扫描得到车体表面轮廓，基于表面轮廓和喷涂工艺参数，自动生成机器人喷涂轨迹，确保指定的喷涂厚度，无需针对每个车体进行人工示教。

如本智能喷涂系统仿真

·柔性鞋涂解决方案

当前在制鞋产业中，普遍存在工厂招工困难的问题，行业对自动化需求巨大。但目前真正大规模落地的自动化解决方案寥寥无几。其中的难点在于鞋子为了满足不同群体、不同时期的需求，会频繁更迭产品，这就要求生产线能快速切换鞋型，并且鞋子本身具有柔性、涂胶工艺本身复杂，对机器人精度、速度稳定性等要求高。这些难点使得通过传统示教的方式很难应对这种问题，保证效率和质量。

传统鞋涂行业对自动化需求巨大（图片来源网络）

鞋型多样、注册复杂，成为鞋涂行业自动化的重大难点（图片来源：商虎中国sonhoo.com）

如本柔性鞋涂系统主要解决制鞋中段工艺问题，提供自动注册、鞋面打磨、喷处理剂、喷胶、鞋底涂胶等不同工艺等解决方案。其利用 3D 视觉技术，自动生成包含工艺参数的轨迹，无需专业机器人知识就可以完成新鞋注册；通过运动规划技术自动计算出与喷胶工艺相匹配的机器人轨迹，在确保涂鞋精度和稳定性的同时，能够轻松应对柔性化定制和新品导入带来的生产挑战。

如本柔性鞋涂系统点云与建模图

如本柔性鞋涂解决方案

运动规划应对高速、高精度的需求

有些场景会对机器人本身提出更加极端的要求，人工示教的方式往往难以满足要求，或者需要花费大量时间进行调试。

·飞拍数据采集系统

随着 AI 技术的发展，越来越多企业进入了工业检测领域。对于大型工件检测问题，往往需要机械臂搭载相机完成数据采集；而随着算力的不断提升，机器人采集节拍就成了整个环节的瓶颈。如果能降低数据采集时间，将大大提升视觉检测的效率。这就需要机器人在高速运动的同时完成精准拍照（飞拍），而不是在每个拍照点静止拍照（定拍）。

当前有个别机器人本体厂商支持飞拍功能，但是，这些应用往往需要额外的工艺包，并且需要现场工程师花费大量时间反复调整拍照延时、路径点位置、过度半径等参数，最终才能达到理想等拍照效果和节拍。

如本飞拍数据采集系统

基于轨迹规划和实时控制技术，如本的飞拍数据采集系统，只需要示教拍照点位，就可以自动生成精准途径拍照点的最优轨迹，并控制准确的拍照触发时间，无需反复调整即可直接完成部署。可以大大提高飞拍稳定性和易用性，大幅度缩短缺陷检测节拍。

示教拍照点获取的图像（上）与飞拍获取的图像（下）

·高精度激光打磨系统

传统汽车轮毂打磨是通过浮动打磨工具，结合人工示教的机器人轨迹实现的自动化打磨，这种方式效率低下，需要定期更换磨损的打磨工具。激光加工作为非接触式加工工艺，对加工工具无损耗，在工件打磨去毛刺领域具有非常大潜力，但是由于工件打磨轨迹复杂，激光精度要求高（ 0.5mm 内轨迹精度），工艺复杂，难以通过人工示教完成机器人编程。

要想通过视觉解决这一问题也存在很大挑战，3D 相机本身精度、视觉算法精度、手眼标定精度、机器人本体绝对精度、工具标定精度，所有这些环节的精度误差会累积起来，要想让最终激光加工点轨迹的精度达到 0.5mm 以内是一件极具挑战性的事情。

轮毂激光去毛刺

为了满足精度要求，如本的高精度激光打磨系统通过 3D 视觉提取粗略的轨迹信息，并结合机器人末端加装的视觉传感器，利用机器人实时轨迹规划功能和视觉伺服技术，消除中间的系统误差，最终达到超高的轨迹精度。同时，轨迹规划部分还会保证激光加工点的运动速度与激光功率相匹配，实现良好的去毛刺效果。

仿真系统画出轮毂激光打磨轨迹

如本高精度激光打磨系统

结语

传统制造业在进行智能制造产业升级的过程中，由于产品生产工艺的标准化程度低、更新迭代快、品类多等原因，不可避免地会面临改造成本高、周期长等问题。运动规划是解决柔性化生产所必须的技术之一，如本科技希望通过研发和不断打磨运动规划技术，解决更多行业痛点问题，助力产业升级。