力觉示教是一种依托于力传感器的人机协作示教方式。操作者与机器人零距离接触,以力传感器为媒介,将示教者的施力意图传达给机器人控制系统,从而控制执行机构按照既定轨迹运动,并记录下运动轨迹,实现力觉示教的轨迹再现运动[80]。力觉示教是一种友好的人机交互示教方式,示教者可以直接传递示教意图给机器人,不需要熟悉复杂的机器人技术,也不需要掌握机器人编程功能。因此,即便是没有经验的操作工人也可以轻松操作机器人到达期望的目标并实现一定的运动轨迹,某种程度上降低了对一线工人的要求,节约成本的同时提高了机器人示教编程的效率,将该技术应用于实际工业生产将大大提高生产效率。

未来工业生产制造的发展会更注重于工业机器人技术的运用和发展,直接示教技术作为一种实用高效的示教方法,改写传统烦琐的示教方法,以一种全新的引导式编程来完成机器人示教工作,这一技术的问世革新了工业生产领域的智能化发展,将人机互动的示教理念植入机器人系统,为工业机器人发展掀开新的篇章。

目前,直接示教技术在国外已经有研究者发明了不同生产领域的直接示教设备,甚至已经投入实际生产中。韩国的SeungHoon Lee,Jin Ho Kyung等人[81],依靠两个六维力传感器的力反馈性能,研发了一款去毛刺的直接示教装置,其中一个力传感器用于检测示教者的施力意图,另一个用来感知机器人执行器末端与打磨工件的接触情况,实时反馈对运动轨迹做出微量调整,如图1-18所示。

图1-18　工件去毛刺

相关的研究还有韩国首尔Sung choon Lee,Changyoung Song等人[82],研发了两种可用于接触表面的示教装置。其中一种可以在淬火感应中应用,为了保持恒定的运动速度和淬火装置与工件之间的恒定距离,利用一个位置传感器和一个滑动机构,补偿了工具轴向位移的偏差,实现了工件表面稳定淬火的目的;另一种应用在玻璃幕墙接触安装的场合,如图1-19所示。同样依靠两个力传感器相互协作,同时反馈示教者和外界环境的力/力矩信息到机器人编程系统[83]。

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图1-19　安装玻璃幕墙

图1-20　IRB14100机器人

2017年在日本东京举行的国际机器人展上,ABB最新款单臂协作机器人IRB14100首次展现在世人面前,如图1-20所示,它可以不知疲倦地,日复一日地从事各类精细工作[84]。这对于有大量小件装配、检验等需求的手机制造业等工业至关重要。ABB的YuMi家族机器人可由未经特殊训练或不具任何经验的人直观地进行引导式编程,即机器人的手臂可轻松地被人徒手移至指定位置,大大减少编程时间。

由于机器人控制系统的封闭性,以上所述的直接示教技术仅仅适用自身研发的机器人,不能很好地应用于市面上的多数机器人,这也是人机协作示教技术所面临的问题。

我国机器人发展起步于20世纪70年代,当时国内科技发展比较落后,也缺少雄厚的资金基础和正确的技术指导,不论是理论水平还是具体操作都远远落后于国外发达国家。随着对机器人领域的深入了解,我国自改革开放后,开始大力发展机器人技术,取得一些成果,完成了机器人示教再现的关键性技术,并广泛应用于搬运、喷涂、打磨等方面[85]。经过多年的不懈努力以及我国综合国力的提升,机器人技术得到了长足的发展,逐渐进入企业代替一些人工操作,在高温、辐射等对人体有极大伤害的环境中,能够出色的代替人工完成操作。但仍面临严峻的智能化机器人挑战,国内相关研究机构正在深入地发掘机器人示教创新技术,无论是民用机器人还是军用机器人,都得到了极大的提高,虽然某些领域仍然落后于国外,但在结构设计、系统编程和微量控制等方面有了长足的进步[86～87]。