復合機器人是一種集成移動機器人和協作機器人兩項(xiang)功能(neng)為(wei)一(yi)身的新型(xing)機(ji)(ji)器人(ren)(ren)。在(zai)工業領域，通(tong)用工業機(ji)(ji)器人(ren)(ren)被稱(cheng)為(wei)機(ji)(ji)械(xie)臂或(huo)者機(ji)(ji)械(xie)手(shou)，主要是(shi)替代人(ren)(ren)胳膊(bo)的抓取功能(neng)；而移動機(ji)(ji)器人(ren)(ren)，即AGV/AMR是(shi)替代人(ren)(ren)腿腳的行(xing)走(zou)功能(neng)。復合(he)型(xing)機(ji)(ji)器人(ren)(ren)則是(shi)手(shou)腳并用，將兩種(zhong)功能(neng)組合(he)在(zai)一(yi)起。

復合機器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)更(geng)符合人(ren)(ren)(ren)們(men)想象中“腦、眼、手(shou)、腳”融(rong)合的機器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)**形(xing)態。傳統工業(ye)機器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)機器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)一般只(zhi)需(xu)要完成(cheng)A-B點(dian)位的工藝，而復合機器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)可(ke)以更(geng)加(jia)靈活地(di)像人(ren)(ren)(ren)一樣進行X-Y-Z多空間(jian)融(rong)合作業(ye)。

這也進(jin)一步打開了人們的(de)(de)想象空間(jian)，例如在工業制造領域中，單(dan)一的(de)(de)固定工位的(de)(de)機器人很難實(shi)現全方位智能工廠的(de)(de)打造，復合機器人可以靈活“移動”起來，實(shi)現端(duan)對端(duan)設備(bei)的(de)(de)連接。

（一）整體概覽

根據其系(xi)統結構特點(dian)，復合(he)機器人由三大部(bu)分組成。

移動底盤：即(ji)復合(he)機器人的“腿(tui)”，用于(yu)實現復合(he)機器人在不(bu)同方向上的靈活移(yi)(yi)動(dong)。一般使用移(yi)(yi)動(dong)機器人（AGV/AMR）本(ben)體。

機械臂：復合(he)機器(qi)(qi)人的“手”，實現復合(he)機器(qi)(qi)人對(dui)物(wu)件(jian)的抓取或加工的操作。一般使用協作機器(qi)(qi)人本(ben)體(ti)。

終端控制器：相當(dang)(dang)于(yu)復(fu)合機(ji)器(qi)人(ren)的大腦部(bu)分，可以(yi)直接或(huo)者通過人(ren)工(gong)對機(ji)器(qi)人(ren)的動(dong)(dong)作(zuo)進行控(kong)制(zhi)。相當(dang)(dang)于(yu)對移(yi)動(dong)(dong)機(ji)器(qi)人(ren)的控(kong)制(zhi)部(bu)分與協作(zuo)機(ji)器(qi)人(ren)的控(kong)制(zhi)部(bu)分做(zuo)了一定程度(du)的集(ji)成。

（二）移動底盤

復合機器人的移動底盤由機械系統、動力系統和控制系統組成，機械系統包含車體、車輪、轉向裝置、安全裝置，動力系統包含電池組和驅動系統，控制系統包括信息傳輸與處理裝置、驅動控制裝置、轉向控制裝置、安全控制裝置。

1、機械系統

機械(xie)系統的車體是其他總成部件(jian)(jian)的安裝基(ji)礎，通(tong)常為(wei)鋼(gang)結構件(jian)(jian)，要求具有(you)一(yi)定的強(qiang)度和剛度。

轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)裝置根據移動底(di)盤運行方式的(de)不(bu)同，常見的(de)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)機(ji)構有(you)較軸轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)式、差速轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)式和(he)全(quan)輪轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)式等形式。通過轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)機(ji)構，可以實現向(xiang)(xiang)前(qian)、向(xiang)(xiang)后或縱(zong)向(xiang)(xiang)、橫向(xiang)(xiang)、斜向(xiang)(xiang)及回(hui)轉(zhuan)(zhuan)的(de)全(quan)方位運動，車輪的(de)具體(ti)形態也取決于轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)機(ji)構的(de)具體(ti)設計。

移(yi)動底盤(pan)的(de)安全(quan)措施至關重要，必須確(que)保復合(he)機器人在運行過程(cheng)中的(de)自(zi)身安全(quan)，以及現場人員與各類設備的(de)安全(quan)。

一(yi)般情況下，復合機器人(ren)都采取多級硬件(jian)和軟件(jian)的(de)(de)安全監控措施。如在底(di)(di)盤前端設有非接(jie)觸式(shi)防(fang)碰(peng)(peng)傳感器和接(jie)觸式(shi)防(fang)碰(peng)(peng)傳感器，底(di)(di)盤頂(ding)部安裝(zhuang)有醒目的(de)(de)信號(hao)燈(deng)和聲(sheng)音報(bao)警裝(zhuang)置，用來提醒周圍的(de)(de)操(cao)作人(ren)員。對需要(yao)前后雙向(xiang)運行或有側向(xiang)移動(dong)需要(yao)的(de)(de)復合機器人(ren)，則防(fang)碰(peng)(peng)傳感器需要(yao)在移動(dong)底(di)(di)盤的(de)(de)四面安裝(zhuang)。一(yi)旦發(fa)生故障，自動(dong)進行聲(sheng)光報(bao)警，同時采用無線通訊(xun)方式(shi)通知監控系統。

圖：移(yi)動(dong)底盤(pan)的(de)結構(gou)

2.動力系統

移動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)底盤的(de)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)裝置由驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)輪、減速(su)器(qi)、制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)、驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)電機(ji)及速(su)度(du)控制(zhi)(zhi)器(qi)（調速(su)器(qi)）等(deng)部分組成，是一個(ge)伺服驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)速(su)度(du)控制(zhi)(zhi)系統，驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系統可由計算機(ji)或人工(gong)控制(zhi)(zhi)，可驅(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)器(qi)人正常(chang)運行并具(ju)有速(su)度(du)控制(zhi)(zhi)、方(fang)向和制(zhi)(zhi)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)控制(zhi)(zhi)的(de)能力(li)。

圖：AGV驅動結構(gou)與原(yuan)理

移動底盤的電池組一般為蓄電池及其充放電控制裝置，電池為24V 或48V的工業電池，目前市面上常用的是鋰電池。

充電裝置的布置方式(shi)有多種，一般有地面電靴(xue)式(shi)、壁掛式(shi)等，并需要結(jie)合復合機器人的運行狀況(kuang)，綜合考慮其在運行狀態下，可能產生的短路等因素(su)，從(cong)而考慮配(pei)置安全(quan)保護裝置。

圖：48V 50Ah AGV磷酸鐵鋰動力電池組     

3、控制系統

根(gen)據引(yin)導(dao)技(ji)(ji)術的(de)不同，控制系統可以被區(qu)分為兩類(lei)，一(yi)類(lei)是AGV采(cai)用(yong)的(de)引(yin)導(dao)技(ji)(ji)術，另(ling)一(yi)類(lei)是AMR采(cai)用(yong)的(de)自主導(dao)航技(ji)(ji)術。

AGV采用(yong)的控(kong)(kong)制系統通(tong)(tong)常包括車(che)(che)(che)上控(kong)(kong)制器(qi)和地面（車(che)(che)(che)外）控(kong)(kong)制器(qi)兩部分，目前均(jun)采用(yong)微型計算機(ji)，由(you)通(tong)(tong)信系統聯系。通(tong)(tong)常，由(you)地面（車(che)(che)(che)外）控(kong)(kong)制器(qi)發出控(kong)(kong)制指令，經通(tong)(tong)信系統輸入車(che)(che)(che)上控(kong)(kong)制器(qi)控(kong)(kong)制AGV運行。

車(che)上控(kong)(kong)制(zhi)器完成 AGV的手動(dong)控(kong)(kong)制(zhi)、安(an)全裝置(zhi)啟動(dong)、蓄電池狀態、轉向極限、制(zhi)動(dong)器解脫、行(xing)走燈光、驅動(dong)和轉向電機控(kong)(kong)制(zhi)與(yu)充(chong)電接觸(chu)器的監控(kong)(kong)及(ji)行(xing)車(che)安(an)全監控(kong)(kong)等(deng)。地面(mian)控(kong)(kong)制(zhi)器完成AGV調度、控(kong)(kong)制(zhi)指令發出(chu)和AGV運行(xing)狀態信息(xi)接收(shou)。控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)是AGV的核心(xin)，AGV的運行(xing)、監測及(ji)各(ge)種智能(neng)化控(kong)(kong)制(zhi)的實現(xian)，均(jun)需(xu)通過控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)實現(xian)。

圖：沿(yan)引導(dao)路線行(xing)進的AGV

而AMR使(shi)用(yong)來自攝像頭、內(nei)置(zhi)傳感器、激光掃描儀的數(shu)據(ju)以及(ji)復雜(za)的軟件，使(shi)其(qi)能(neng)夠(gou)探測周圍(wei)環境，并選擇(ze)最有效的路徑到達目標(biao)。它完全(quan)(quan)自主工作，如果叉車、貨盤(pan)、人或(huo)其(qi)他障礙物(wu)出現在它前面(mian)，AMR將使(shi)用(yong)**替代(dai)路線安全(quan)(quan)地繞過(guo)它們。這將確保物(wu)料流動保持在計(ji)劃之內(nei)，從而優化了生產(chan)力。

圖(tu)：自主尋路的AMR

事實(shi)上，從自(zi)動(dong)導引到自(zi)主(zhu)(zhu)移動(dong)，AMR自(zi)主(zhu)(zhu)導航的實(shi)現要得益于(yu)SLAM技(ji)術的發展，SLAM (simultaneous localization and mapping)，也(ye)稱為CML (Concurrent Mapping and Localization)，即時定位(wei)與地圖構建，或并發建圖與定位(wei)。SLAM最早(zao)由Smith、Self和Cheeseman于(yu)1988年(nian)提出(chu)。由于(yu)其重(zhong)要的理論與應用價(jia)值(zhi)，被很多(duo)學者認為是(shi)實(shi)現真正全自(zi)主(zhu)(zhu)移動(dong)機器人(ren)的關鍵。

SLAM問(wen)題可以描述為: 機器人(ren)在(zai)未知環境(jing)中(zhong)從一(yi)個未知位(wei)置開始移動(dong)，在(zai)移動(dong)過(guo)程中(zhong)根據(ju)位(wei)置估計和地圖(tu)進行自(zi)身(shen)定位(wei)，同時在(zai)自(zi)身(shen)定位(wei)的(de)基(ji)礎上(shang)建造(zao)增量式(shi)地圖(tu)，實現(xian)機器人(ren)的(de)自(zi)主定位(wei)和導(dao)航。

而基于SLAM技術實(shi)現移動機器人自主導航因其傳感(gan)器的(de)不同目前也分為兩個類別：激光SLAM和視覺SLAM。

但因(yin)為每種導(dao)航技術(shu)都有一定(ding)的局限性，因(yin)此，目前(qian)市場上相(xiang)關AMR廠商(shang)也多是以(yi)激光或視覺(jue)SLAM為主再(zai)融合一些其它的導(dao)航方(fang)式(shi)來(lai)實現機器人在復雜環(huan)境中(zhong)的定(ding)位導(dao)航。不(bu)過相(xiang)較于視覺(jue)來(lai)說[wy1] ，激光SLAM目前(qian)仍是主流，因(yin)為應(ying)用時(shi)間早，技術(shu)相(xiang)對來(lai)說更加成熟。

SLAM技術(shu)已(yi)經在室內(nei)的(de)(de)移動(dong)機器(qi)人，AR場景以(yi)及無(wu)人機等多個領域都(dou)取得了不錯的(de)(de)落(luo)地效果與成績(ji)。而在自(zi)動(dong)駕駛(shi)領域，SLAM技術(shu)卻(que)一(yi)直未(wei)得到太(tai)多的(de)(de)重(zhong)視，這是由于(yu)定(ding)位在目前的(de)(de)自(zi)動(dong)駕駛(shi)行業中大多通過RTK（衛星導航實(shi)時(shi)動(dong)態定(ding)位）來解決，在SLAM方面并不會(hui)投入過多的(de)(de)資源去進行深入的(de)(de)研究。

部分型號(hao)的復合(he)機(ji)器人主(zhu)要移動技術參(can)數展(zhan)示如下：

圖(tu)：激光(guang)SLAM示意(yi)圖(tu)

圖：視覺(jue)SLAM示(shi)意圖

（三）機械臂

由于應(ying)用場(chang)景與(yu)底(di)盤(pan)負載能力的限制，復合機(ji)(ji)器(qi)人的機(ji)(ji)械臂部分(fen)一(yi)般使(shi)用較輕量化(hua)、可實現柔性(xing)操(cao)作(zuo)的協(xie)作(zuo)機(ji)(ji)器(qi)人的設計。協(xie)作(zuo)機(ji)(ji)器(qi)人主要(yao)由伺服關節、連接(jie)外殼(ke)和(he)安全皮膚、控制柜與(yu)示教(jiao)器(qi)、末端(duan)執行器(qi)四個部分(fen)組成，采用一(yi)體化(hua)關節（傳動(dong)(dong)+傳感+集成驅(qu)動(dong)(dong)器(qi)）+控制器(qi)的設計架構。

有關的介紹可以(yi)參考(kao)公眾(zhong)號往期文章(zhang)

（四）終端控制器

由于復合機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)移動底盤和機(ji)(ji)械臂(bei)分別對應兩種(zhong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)，所以需要將兩種(zhong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)做集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)，目前終端控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)有兩種(zhong)集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)案(an)，一種(zhong)是(shi)偽手腳并用，也就是(shi)保留組成(cheng)(cheng)(cheng)部分兩個(ge)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)，采(cai)用更高級的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)統一協調二者(zhe)的(de)(de)(de)作業；另一種(zhong)是(shi)將組成(cheng)(cheng)(cheng)部分兩個(ge)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)集(ji)中(zhong)到一個(ge)控(kong)(kong)制器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)。

1、早期偽手腳并用的集成方式

這(zhe)類集成方式最早為AGV/AMR企(qi)(qi)業(ye)或機(ji)械(xie)臂企(qi)(qi)業(ye)在為客戶制(zhi)(zhi)定智能升級(ji)方案過程中(zhong)，為滿(man)足一些環節移動作業(ye)需要研(yan)制(zhi)(zhi)的(de)復合機(ji)器(qi)人(ren)中(zhong)采用(yong)，其(qi)優點在于(yu)實現了手(shou)(shou)（機(ji)械(xie)臂）和腳（AGV/AMR）的(de)功能；缺點是這(zhe)類AGV企(qi)(qi)業(ye)或機(ji)械(xie)臂企(qi)(qi)業(ye)，往往只(zhi)(zhi)擅長于(yu)自己的(de)領域(yu)，即復合機(ji)器(qi)人(ren)某個部件（底盤或機(ji)械(xie)臂）的(de)控制(zhi)(zhi)，整(zheng)體控制(zhi)(zhi)無法做的(de)很好，只(zhi)(zhi)是偽手(shou)(shou)腳并用(yong)。

圖：早期偽手腳并用的集成方(fang)式

兩個控(kong)(kong)制器(qi)分別(bie)控(kong)(kong)制對(dui)應的部件(jian)，底盤(pan)的控(kong)(kong)制器(qi)控(kong)(kong)制底盤(pan)運動；機械臂的控(kong)(kong)制器(qi)控(kong)(kong)制機械臂運動；實際產(chan)線應用中，手腳協作需要更高(gao)級的系統來統一(yi)分配任務(wu)，多一(yi)套控(kong)(kong)制程序.

2、移動協作機器人的集成方式

隨著(zhu)科技的(de)發展(zhan)，部分企業開始復合機(ji)器人(ren)一(yi)體(ti)化的(de)探(tan)索，逐漸(jian)升級(ji)了(le)復合機(ji)器人(ren)的(de)概念至“MCR（Mobile Collaborative Robot）”移動協(xie)作機(ji)器人(ren)。

圖：移(yi)動協作機(ji)器人(ren)的集成方式

這類機器人只用一(yi)個控制器分配任務，在(zai)工作過程中，反(fan)饋(kui)更(geng)快、方式更(geng)簡單，是(shi)復(fu)合機器人未來發展(zhan)的趨勢之一(yi)。

3、跨系統集成——復合機器人的核心技術

由(you)于復(fu)(fu)合(he)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人需(xu)要集(ji)合(he)移動(dong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人與協作機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人，所以(yi)當前復(fu)(fu)合(he)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人生產(chan)企業(ye)或從(cong)移動(dong)底盤（移動(dong)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人）起(qi)家或從(cong)機(ji)(ji)械臂（協作機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人）起(qi)家將產(chan)品(pin)逐(zhu)步(bu)過渡到復(fu)(fu)合(he)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人，部分復(fu)(fu)合(he)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人企業(ye)發展路徑(jing)列(lie)示如(ru)下：

由以上表(biao)格看出，復合機器人(ren)大多(duo)是移動機器人(ren)廠商推出的進階產(chan)品(pin)，而(er)幾(ji)乎沒有(you)從機械臂生產(chan)轉向復合機器人(ren)產(chan)品(pin)的廠商。

多(duo)(duo)個獨立系統的(de)(de)(de)功能整合(he)和組合(he)動作的(de)(de)(de)效(xiao)率優(you)化是復(fu)合(he)機器(qi)人的(de)(de)(de)核心技(ji)術。通俗來(lai)講，就是“手、眼、腳協調”。由于復(fu)合(he)移動機器(qi)人擁有(you)多(duo)(duo)個模(mo)塊，不僅模(mo)塊的(de)(de)(de)設備類型(xing)、傳感器(qi)的(de)(de)(de)類型(xing)不一致(zhi)，設備之(zhi)間的(de)(de)(de)訊(xun)協議內(nei)容類型(xing)也不一樣，異(yi)常處(chu)理邏輯復(fu)雜，這使復(fu)合(he)移動機器(qi)人控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)復(fu)雜度極(ji)高。

從深層次(ci)技(ji)(ji)術上來(lai)說，集成的(de)(de)高難度(du)一方(fang)面(mian)(mian)由于產品底層不夠開(kai)放，另(ling)一方(fang)面(mian)(mian)企業(ye)的(de)(de)開(kai)發能(neng)力難免受到技(ji)(ji)術和人才(cai)局(ju)限(xian)，使得許多(duo)集成商的(de)(de)復(fu)合(he)機器人解決方(fang)案并沒有想象中那(nei)么美好。例如由于導航(hang)系統、定位(wei)系統等各個子單(dan)位(wei)的(de)(de)控制(zhi)器不同，其內部通信協議等也就完全不同，最終導致內部“打(da)架”。購買(mai)者難以使用(yong)并且頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)出錯是(shi)常態，更(geng)別談能(neng)在此(ci)基礎上二次(ci)開(kai)發，實(shi)現(xian)與整廠系統的(de)(de)更(geng)大范圍融合(he)。

多(duo)(duo)(duo)(duo)場(chang)景(jing)、多(duo)(duo)(duo)(duo)工藝類型，這些對(dui)于(yu)(yu)許多(duo)(duo)(duo)(duo)采購復(fu)(fu)合(he)機(ji)器(qi)人部(bu)件進(jin)(jin)行組裝的集成商(shang)而(er)言(yan)，無疑意(yi)味著(zhu)更大的開發難度。但在復(fu)(fu)合(he)機(ji)器(qi)人深(shen)入行業(ye)(ye)的過(guo)程(cheng)中，這種(zhong)場(chang)景(jing)愈發常(chang)見(jian)。對(dui)于(yu)(yu)企業(ye)(ye)而(er)言(yan)，之所(suo)以(yi)進(jin)(jin)一(yi)步選擇復(fu)(fu)合(he)機(ji)器(qi)人，是因為相對(dui)于(yu)(yu)需要(yao)安裝的傳(chuan)統機(ji)器(qi)人，不(bu)止一(yi)家希望能夠形(xing)成可移動(dong)可替換的高(gao)度靈(ling)活柔性生(sheng)產(chan)線(xian)，產(chan)線(xian)上不(bu)僅需要(yao)機(ji)器(qi)人按照工序順序進(jin)(jin)行作業(ye)(ye)，也必然要(yao)求多(duo)(duo)(duo)(duo)臺協同、靈(ling)活作業(ye)(ye)，一(yi)機(ji)多(duo)(duo)(duo)(duo)用從而(er)有效提高(gao)自動(dong)化程(cheng)度，打造柔性生(sheng)產(chan)流程(cheng)。

眾多(duo)案例可以表明，復合機(ji)器人想要(yao)打開更大范圍應用，必須要(yao)真(zhen)正做到“腦(nao)、眼、手、腳”協同的(de)融合，才能(neng)(neng)(neng)對于(yu)(yu)復雜(za)乃至非(fei)標準(zhun)化需(xu)求(qiu)需(xu)要(yao)能(neng)(neng)(neng)夠更快更好的(de)響應。但從(cong)最底層自(zi)主開發“腦(nao)、眼、手、腳”，對于(yu)(yu)市面(mian)上(shang)大多(duo)數企業而(er)言，毫(hao)無疑問難度巨大，這(zhe)對于(yu)(yu)移動底盤、協作機(ji)器人、導航(hang)技術等多(duo)項基礎共性技術以及核心的(de)底層控制能(neng)(neng)(neng)力提出(chu)了非(fei)常高的(de)要(yao)求(qiu)。