引用論文

Longhui Qin. Recent progress and challenges of key technologies in robotic assembly[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering,Volume 39,2026,100032.

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研究背景及目的

如何利用機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的流水線工人完成各種裝配任務(wù)，是智能制造必須考慮的問(wèn)題之一。讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，不僅能夠提高工作效率、改善生產(chǎn)質(zhì)量、降低勞動(dòng)力成本，而且可以緩解急劇老齡化帶來(lái)的許多困境。然而目前，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中利用機(jī)器人完成多種裝配任務(wù)，仍面臨諸多挑戰(zhàn)，故而難以廣泛應(yīng)用。為了提供對(duì)機(jī)器人裝配領(lǐng)域現(xiàn)存問(wèn)題的本質(zhì)理解，本文通過(guò)聚焦該領(lǐng)域內(nèi)的五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其最近的進(jìn)展與挑戰(zhàn)進(jìn)行了綜述研究。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括：感知、末端執(zhí)行器、控制方法、學(xué)習(xí)方法和性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。在對(duì)這些領(lǐng)域內(nèi)主要工作介紹的基礎(chǔ)上，本文分析了各項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)，覆蓋了多種典型裝配場(chǎng)景。同時(shí)，圍繞精準(zhǔn)感知、機(jī)械手、失誤復(fù)原和協(xié)作機(jī)器人等，探討了機(jī)器人裝配領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向。除了提供該領(lǐng)域主要技術(shù)的系統(tǒng)性總結(jié)外，本文將為機(jī)器人、人工智能和自動(dòng)化工程等領(lǐng)域的研究提供參考。

02

研究?jī)?nèi)容

本文主要對(duì)近十年機(jī)器人裝配領(lǐng)域的典型技術(shù)與方法進(jìn)行介紹與分析，與已有相關(guān)綜述相比，本文針對(duì)多個(gè)主流的機(jī)器人裝配領(lǐng)域內(nèi)核心硬件與軟件方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，不局限于某個(gè)具體的裝配場(chǎng)景，介紹了機(jī)器人裝配完整過(guò)程的各種先進(jìn)技術(shù)，并對(duì)精準(zhǔn)感知、靈巧手、失誤復(fù)原和協(xié)作機(jī)器人等主題進(jìn)行了討論。文章涵蓋的主要章節(jié)包括：機(jī)器人裝配中的感知問(wèn)題，使用的末端執(zhí)行器，涉及的控制方法，主要的學(xué)習(xí)方法，和性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等。具體地，機(jī)器人裝配感知涉及到視覺(jué)感知技術(shù)、力/力矩感知技術(shù)、觸覺(jué)感知技術(shù)和融合感知技術(shù)等；而末端執(zhí)行器除了廣泛采用的兩指夾爪外，還包括機(jī)械手和各種定制末端執(zhí)行器；在控制方法部分，本文將現(xiàn)有控制方法分為基于感知的控制方法、基于約束的控制方法和先驗(yàn)知識(shí)導(dǎo)引的控制方法；學(xué)習(xí)方法則主要包括演示學(xué)習(xí)、互動(dòng)學(xué)習(xí)以及技能遷移等；在性能評(píng)價(jià)方面，本文梳理了現(xiàn)有研究工作的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將其歸納為準(zhǔn)確率相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、誤差相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、力學(xué)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和可靠性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

03

結(jié)論

通過(guò)本文的分析不難看出，現(xiàn)有的機(jī)器人裝配領(lǐng)域主要聚焦于三類裝配任務(wù)：插軸入孔、螺栓/螺絲安裝、電纜布線及其它。每種典型裝配任務(wù)都有自己獨(dú)特的問(wèn)題，但其中的共性技術(shù)是共通的。在機(jī)器人裝配領(lǐng)域，未來(lái)可以針對(duì)精準(zhǔn)感知、靈巧手、失誤復(fù)原和協(xié)作機(jī)器人等細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)一步研究，提高機(jī)器人裝配的精度和效率等。

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相關(guān)文章/圖書(shū)推薦

[1]Li, Rui, and Hong Qiao. "A survey of methods and strategies for high-precision robotic grasping and assembly tasks—Some new trends." IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 24.6 (2019): 2718-2732.

[2]Jiang, Jingang, et al. "The state of the art of search strategies in robotic assembly." Journal of Industrial Information Integration 26 (2022): 100259.

[3]Xu, Jingjing, et al. "A review on significant technologies related to the robot-guided intelligent bolt assembly under complex or uncertain working conditions." IEEE Access 7 (2019): 136752-136776.

關(guān)于團(tuán)隊(duì)

01

作者介紹

秦龍輝，現(xiàn)任東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博導(dǎo)。長(zhǎng)期從事觸覺(jué)傳感、機(jī)械手、多傳感器數(shù)據(jù)融合和機(jī)器人控制等方向的研究工作。近年來(lái)，在The International Journal of Robotics Research（IJRR）、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement（TIM）、International Journal of Solids and Structures（IJSS）等機(jī)器人、傳感和力學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，申請(qǐng)及授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“觸覺(jué)仿生手指的力學(xué)感知機(jī)理及數(shù)據(jù)融合算法研究”、江蘇省自然科學(xué)基金“觸覺(jué)仿生手指的優(yōu)化設(shè)計(jì)及表面紋理智能識(shí)別算法研究”、高端裝備機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室面上項(xiàng)目“氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的繩傳動(dòng)多關(guān)節(jié)觸覺(jué)手指研究”等科研項(xiàng)目；榮獲“UCLA科研項(xiàng)目展示最佳墻報(bào)獎(jiǎng)”、“2023年中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)項(xiàng)；受邀擔(dān)任國(guó)際期刊PLOS ONE編委和Chinese Journal of Mechanical Engineering（《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》英文版）、Journal of Bionic Engineering等SCI期刊的青年編委。

02

作者或團(tuán)隊(duì)研究方向介紹

作者課題組（機(jī)器人智能感知與控制實(shí)驗(yàn)室）長(zhǎng)期從事機(jī)器人智能感知與控制相關(guān)的研究，包括觸覺(jué)傳感、機(jī)器視覺(jué)、靈巧手、機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制算法開(kāi)發(fā)等。

03

近年團(tuán)隊(duì)代表性文章

(1) Fang, Jing, Ruoxin Feng, Xiangxuan Tang, and Longhui Qin*. Design of a flexible data glove for gesture recognition. Sensors and Actuators A: Physical, 391, 116638, 2025.

(2) Shi, Xiaowei, Yihua Wang, and Longhui Qin*. Numerical simulation-assisted design of a soft-rigid-hybrid tactile finger for surface recognition. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 47(4), 201, 2025.

(3) Longhui Qin*, Xiaowei Shi, Wenhui Yang, Zhengxu Qin, Zhengkun Yi and Huimin Shen, Surface Recognition With a Tactile Finger Based on Automatic Features Transferred From Deep Learning, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 73, pp. 1-10, 2024.

(4) Dezhong Tong, Andrew Choi, Longhui Qin*, Weicheng Huang, Jungseock Joo and Mohammad Khalid Jawed*, Sim2Real Neural Controllers for Physics-Based Robotic Deployment of Deformable Linear Objects, The International Journal of Robotics Research, 43(6):791-810, 2023.

(5) Longhui Qin, Haijun Peng, Xiaonan Huang, Mingchao Liu; Weicheng Huang; Modeling and Simulation of Dynamics in Soft Robotics: a Review of Numerical Approaches, Current Robotics Reports, 5(1), pp.1-13, 2023.

(6) Xiaowei Shi; Yihua Wang; Longhui Qin*; Surface Recognition with a Bioinspired Tactile Fingertip, IEEE Sensors Journal, 23(16): 18842-18855, 2023.

(7) Longhui Qin*; Xiaowei Shi; Yihua Wang; Zhitong Zhou; Perception of Static and Dynamic Forces with a Bio-inspired Tactile Fingertip, Journal of Bionic Engineering, 20: 1544–1554, 2023.

作 者：秦龍輝

責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對(duì)：張 強(qiáng)

審 核：張 彤

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