當前，我國對大型結構件（如百米級風電葉片等）的需求日益增長，然而傳統專機難以在超大空間內對大型結構件進行高效、連續加工來滿足實際需求。而機器人化制造憑借其分布式、集群式、在線式加工策略成為解決上述問題的優選方案。與此同時，其結構復雜、適形性低、容易對工件造成破壞、加工-檢測一體化難等問題也成為制造工序中的巨大挑戰。軟體技術作為一項新興的技術，已經呈現出極強的應用潛力，通過引入柔性材料、柔性結構和柔性驅動模式，賦予機器人化制造系統全新的優勢，使之更加輕量化、柔順化、無損化、一體化。

近日，華中科技大學機械學院丁漢院士、吳志剛教授團隊在《機器人》上發表了題為“軟體技術在機器人化制造中的應用與展望”的綜述。本文首次系統地討論了軟體技術在機器人化制造中的應用前景與優勢。文中將機器人化制造劃分為機器人化加工、機器人化檢測和機器人化裝配三個流程，并分別討論了變剛度機制、柔性傳感器及軟體賦能夾持器在其中的應用前景。文章最后分析了軟體技術還未能大規模在機器人化加工中應用的幾點原因，并對其發展做出了展望。

圖1 機器人化制造與軟體技術

軟體技術在機器人化加工中的應用：

機器人化加工方案中，最重要的是實現適形恒力加工，阻抗控制法是最傳統的方法，但是這種方法復雜度高，且會給機器人關節引入額外的高負載。經典的軟體變剛度機制有如下四種：阻塞變剛度機制、磁流變液體變剛度機制、低熔點合金變剛度機制與形狀記憶材料變剛度機制。引入這些機制可以降低變剛度關節的復雜度、提高變剛度速度、實現無感化加工、賦予機器人化加工工具本體變剛度特性。

圖2 軟體變剛度機制

軟體技術在機器人化檢測中的應用：

自身感知和交互感知是機器人化檢測中關鍵的信息來源，保證了系統的閉環和穩定性。柔性傳感器由于其具備多種優良的性質，如體積小、重量輕、柔順性好、可拉伸性好、無感度強、功耗低、檢測設備簡單等，已被廣泛應用在可穿戴設備、軟體機器人感知裝置、智能蒙皮中。將柔性傳感器與機器人化檢測有機地融合在一起，會賦予機器人系統無感式檢測、順應性檢測、原位在線檢測、低功耗檢測等優勢。

圖3 柔性傳感器

軟體技術在機器人化裝配中的應用：

在機器人化裝配場景中，剛性夾持器還存在許多問題，比如適應性差、容易對工件產生破壞、靈活性低、對算法和傳感器設備要求高等問題。

軟體夾持器的適應性強、安全性高、靈活性高并且對算法和傳感器設備要求較低，可以適應裝配非結構化與復雜化的工件裝配任務，但是其輸出力較低。

圖4 軟體夾持器

將軟體技術賦能于剛性系統中，可以使二者的優勢在最大程度得到體現。賦能后的機器人化裝配系統將具備以下優勢：豐富的操作策略、極寬的夾持范圍、多樣化的具身感知方式、更快的驅動速度。

圖5 軟體賦能的剛柔夾持器

綜合上述內容，軟體技術在機器人化制造中的應用已初具雛形，并且結合當前以及未來的制造環境和需求，軟體技術在機器人化制造中還有巨大的應用潛力，軟體技術也促進了機器人制造系統向著 “人－機－環境”交互的共融機器人系統發展。

華中科技大學機械學院研究生蒲萌浩為第一作者，華中科技大學吳志剛教授為論文通信作者，本文得到了國家自然科學基金項目（批準號：52188102）的支持。