摘 要：本文在討論了雙臂機器人的作用特點的基礎上，比較詳細地論述了國內外對雙臂機器人研究的現狀及發展，并結合我國的實際情況提出了對雙臂機器人今后研究方面的幾點看法． 關鍵詞：雙臂機器人 研究+思考 1 引言（Introduction） 當前工業機器人的應用是為單臂機器人獨自工作的能力準備的，這樣的機器人只適應于特定的產品和工作環境，并且依賴于所提供的專用設備和工夾具．一般地，單臂機器人只適合于剛性工件的操作，并受制于環境．隨著現代工業的發展和科學技術的進步，對于許多任務而言單臂操作是不夠的．因此，為了適應任務的復雜性、智能性的不斷提高以及系統柔順性的要求而擴展為雙手協調控制，即由兩個單臂機器人相互協調、相互配合的去完成某種作業．但由于組成雙手協調控制系統的是兩個機器人，它們不可能是兩個單手機器人的簡單組合，除了它們各自共同目標的控制實現外，它們相互問的協調控制以及對環境的適應性就成為組合的關鍵．這樣雙手協調控制機器人系統的進一步應用就受到了限制．而雙臂機器人能完成對于人來說易于實現的功能．雙臂機器人比雙手協調機器人更具有實用價值． 2 雙臂機器人的作用特點（Action andcharacteristic of dual—arm robot） 雙臂機器人某種程度上可以比作兩個單臂機器人在一起工作的情況，當把其它機器人的影響看作是一個未知源的干擾的時候，其中的一個機器人就獨立于另一個機器人．但雙臂機器人作為一個完整的機器人系統，雙臂之間存在著依賴關系．它們分享使用傳感數據，雙臂之間通過一個共同的聯接形成物理耦合，最重要的是兩臂的控制器之間的通信，使得一個臂對于另一個臂的反應能夠作出對應的動作、軌跡規劃和決策，也就是雙臂之間具有協調關系．這在某種程度上可以看作象我們人體雙臂的協調動作一樣．在一個軀體中的二個單臂相應于兩個高水平的控制器，把所有動作的協調作為一個基準，那么，我們自己雙臂的動作過程就包含著復雜的機械系統、軀體反饋、視覺反饋、膚體接觸、滑移檢測以及腦力等在內的數據源，并且用預先獲取的數據來確認這～ 資料數據的儲存與處理能力．這正是雙臂機器人區別于兩個單臂機器人組合的關鍵． 雙臂機器人的作用特點主要表現在以下幾個方面：一是在末端執行器與臂之間無相對運動的情況下工作，如雙臂搬運象鋼棒這樣的劇性物體，比兩個單臂機器人的相應動作的控制要簡單的多。二是在末端執行器與臂之間有相對運動的情況下通過兩臂間的較好配合能對柔性物體如薄板等進行控制操作，而兩個單臂機器人要做到這一點是比較困難的．三是雙臂機器人工作能夠避免兩個單臂機器人在一起工作時產生的碰撞情況．四是雙臂機器人的兩臂能夠各自獨立工作用來對多目標的操作與控制，如將螺帽放到螺釘上的配合操作． 雖然雙臂機器人是在單臂機器人的基礎上發展起來的，但由于雙臂機器人作用的特殊性，不能簡單地把對單臂機器人有關的研究結果搬到雙臂機器人上．因此，雙臂機器人的研究成為機器人研究領域中的一個十分重要內容． 3 國外的研究現狀與發展（Current situationand development abroad） 國外對雙臂機器人的研究始于90年代初，研究工作主要在雙臂的運動軌跡規劃（包括碰撞避免）、雙臂協調控制算法及操作力或力矩的控制等幾方面．對運動軌跡規劃的研究主要是基于多機器人在同一環境下工作而無碰撞展開的．這方面的研究工作通常分路徑規劃和軌跡規劃兩部分進行．部分學者對沿著特定路徑運動的機器人的雙臂控制問題進行了比較深入的研究．他們利用機器人的動力學方程建立了考慮機器人動力特性的最優軌跡規劃算法．此外通過運用計算機仿真手段來找到每步運動的最佳路線，達到解決碰撞避免問題．概括地講這些研究較好地解決了二維的運動軌跡規劃問題，但對三維空間和具有冗余度的雙臂運動軌跡規劃方法和策略研究甚少． 雙臂坍調控制是雙臂機器人研究中的熱點，而且大多數的研究也是以比照兩個單臂機器人一起工作時的協調控制為出發點的．雙臂協調控制包括手與工作執行位置之同的相對運動的控制和對保證目標軌跡連續性的控制．日本一些學者通過建立對坍調操作性的評價，提出了相對可操作度和相對操作力度的操作指標，在此基礎上設計了滿足操作指標的工作位置與工作實際目標軌跡能分別指定的協調控制系繞的新的控制算法．另外一些日本學者通過建立位置與力的混合控制理論，采用混合位置與力控制實驗方式找出保證雙臂協調控制的關節力或力矩的最佳效果 美國Sarkar等對兩臂操作一個巨大物體時的協調控制提出了一個新的理論框架，這一理論框架不僅紿出了明確的目標運動的控制．而且也明確了在兩臂和目標之間通過控制在接觸時滾動運動的接觸位置．控制算法是一個消除了動態及解耦輸出的非線性反饋．這類雙臂協調控制的研究都是針對某一特定作業要求所提出的． 雙臂操作力或力矩的研究主要是進行對目標的操作算法和優化控制力．有些日本學者運用模糊神經網絡的方法設計對目標的軌跡控制和操作力大小的控制，提出了用于主神經網絡控制器的Delta—Bar—Delta學習比率適應法．另一些日本學者在雙臂機械手對柔性薄板的操作控制研究中，首先基于柔性薄板的有限元模型運用Lagrange方程推導出了薄板的靜態變形與施加在薄板的彎曲應力之問的關系，然后設計了一個借助于對薄板旋加的合力來操作薄板的運動以及借助于對薄板施加的內力來控制薄板變形的控制算法，并通過工業機器人的實驗證明所提出的控制系統是有效的． 日、美等國的研究人員憑借其先進的制造技術和手段以及雄厚的研究經費的支持，在對雙臂機器人的研究中，正著重對微機器人雙臂協調控制、雙臂柔性動作協調控制以及對柔性物體操作的雙臂協調控制等方面開展理論和實驗研究工作，以擴展機器人的工作能力和應用領域． 4 國內的研究現狀與發展（Currentsituation and development in the home） 國內對雙臂機器人的研究僅有兩三年的時間．由于我國制造業自動化技術水平和工業現代化水平與國外存在著較大的差距，就單臂機器人本身的研究還處在仿制和應用起步階段．因此對雙臂機器人的研究還剛剮界人．受許多相關技術和研究條件的制約，目前國內對雙臂機器人的研究主要涉及運動軌跡規劃、動力學以及協調控制等方面． 運動軌跡規劃的研究主要是確定雙臂工作時的無碰撞路徑規劃以及協調運動．上海交大機器人研究所對雙臂機器人時間最優軌跡規劃問題作了深︿研究，成功地運用動態規劃法對措著特定路徑運動的雙臂機器人左、右臂進行了時間最優軌跡規劃，從而保證機器人左、右臂在無碰撞的前提下，實現時間最優運動．哈爾濱工業大學的研究人員以雙臂自由飛行空間機器人為背景的自主規劃運動控制研究．通過建立雙臂自由飛行空問機器人的運動學和動力學模型，得到微重力環境下該雙臂機器人的廣義雅可比矩陣來描述機械手末端速度和各關節角速度之問的關系，然后建立該雙臂機器人在浮游狀態下捕捉目標的任務規劃算法及路徑規劃算法，井通過仿真系統驗證其理論的正確性和算法的可行性．信陽師院的研究人員在充分考慮雙臂機器人機構特性條件下，應用遞推算法建立雙臂機器人機構在協調運動的速度約束方程以提高數值計算速度實現雙臂機器人的實時控制． 動力學及協調控制方面的研究主要是確定雙臂機器人在某位形狀態下沿指定方向的傳遞性能和傳力性能．國防科大的研究人員提出了速度可操作性測度和力可操作性測度概念用于指導確定雙臂機器人的最佳操作位姿．天津大學的研究人員針對受控多體系統提出了力約束的概念、力學描述及其性質．通過引人偏（角）速度和廣義力，Kane方程為基礎建立了具有力約束的受控多體系統動力學方程，并實現了動力學求解．燕山大學的研究人員討論了多機械手協同系統的無內力抓取及相應韻動載分配方法，以用于對多機械手協同操作系統的協調控制的進一步研究． 5 對雙臂機器人研究的幾點看法（A fewviews for research of dual—arm robot） 就國內外對雙臂機器人研究的現狀而言，雙臂機器人的研究還處在起步階段．大多數的研究都是建立在低自由度的雙機械手或兩個單臂機器人一起工作的條件下的，并且對雙臂悱調的控制研究大多是針對某一特定工作狀況下所進行的理論探討，尚缺乏對從軟硬件整個系統方面的綜合考慮．因此，作為最接近于模仿人的動作的自動化機器，對雙臂機器人今后的研究提出如下幾點看法： （1）雙臂機器人作為多學科構成的綜合系統．應運用系統化方法尋求組成雙臂機器人的機械系統、控制系統、感知系統、電子電氣系統等的最佳匹配方法和實現手段，以滿足理論研究的需求． （2）對雙臂機器人的軌跡規劃和位姿控制應采用動態規劃方法研究在三維空間的運動特性和動力學特性．特別是碰撞避免問題． （3）雙臂協調控制及其算法研究應建立在高自由度條件下，對其協調控制機理、實時控制、反饋手段和方式多作探討． （4）柔性操作是雙臂機器人工作的一大特點，因此對于雙臂機器人的柔性控制，特別是在具有冗余度條件下的柔性控制如何從多解或無數解中找出對目標的最適控制． （5）如何通過攝像獲取的目標圖象有效地轉化為對目標操作所需的信息包括它的處理能力、速度和獲取的精度． （6）驅動源的特性對雙臂機器人操作力或力矩的影響，如何優化電子電氣線路以滿足雙臂機器人操作時的力或力矩的特性要求．