基于深度學習和機器習的聾啞協(xié)作機器人

摘 要：本論文以手勢識別、動作預判、為隱形二維條碼導引、七自由度機械手臂、電子觸覺皮膚的應用與仿章魚機械手臂技術為核心，以中小制造企業(yè)為目標客戶，設計出一套可應用于電子、視頻、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的人機協(xié)作機器人，旨在拓展已有的協(xié)作機器人與人類的交互方法、導引方式，實現(xiàn)協(xié)作機器人在力量與精度同人類在技巧與能力上的完美結(jié)合。

關鍵詞：聾啞協(xié)作；機器人；協(xié)同作業(yè)

一、引言

時代改變，機器人已成全球大趨勢。隨著“工業(yè)4.0”時代的到來，中國制造業(yè)已經(jīng)走到轉(zhuǎn)型升級的拐點，作為制造業(yè)皇冠上明珠的工業(yè)機器人迅速成為時代新寵兒。據(jù)IFR和中國機器人工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的報告數(shù)據(jù)顯示，中國在2000～2014年工業(yè)機器人銷售量的年均增長率高達40%，并在2013年成為全球最大的工業(yè)機器人市場[1]，預計2022～2023年每年工業(yè)機器人銷量增長15%。

對于目前協(xié)作機器人與人類的交互方式極其有限，已跟不上時代發(fā)展的腳步。只能通過示教器編程，以及基于力矩傳感器的拖動示教和碰撞防止等方式進行低程度的人機交互，這使得協(xié)作機器人只能與人進行低程度的協(xié)同作業(yè)，限制了協(xié)作機器人的應用范圍。另一方面，低成本、小型化和高可靠性的導引技術，是未來機器人導引技術的發(fā)展趨勢，而現(xiàn)有的導引技術，如：激光導引、視覺導引、GPS導引在這三個方面均存在一定的不足[2]， 由于人機協(xié)作機器人重量輕巧，可在廠房內(nèi)輕松移動，導引技術的重要性不言而喻[3]。

二、系統(tǒng)分析

依據(jù)市場定位和發(fā)展戰(zhàn)略制定一套科學系統(tǒng)的管理體制，并對內(nèi)部激勵體制和約束體制不斷完善，通過結(jié)合多種宣傳方式和廣告方式，打造項目的品牌知名度。

我們將以研發(fā)技術為核心，完善生產(chǎn)、使用商與銷售商的生產(chǎn)銷售鏈，在生產(chǎn)上打造上游（芯片制造）—中游（數(shù)據(jù)提供）—下游（服務商）的生產(chǎn)模式，以直銷和新媒體銷售方式為主，打造系統(tǒng)的運營模式，并有針對性地服務于未成年人、商務人士以及具有視聽障礙的殘障人士等目標人群[4]。

我們預成立公司并將基于現(xiàn)代企業(yè)法人治理結(jié)構的建立，股東會、董事會、監(jiān)事會等現(xiàn)代企業(yè)組織機構的建立，高素質(zhì)的管理人才的培養(yǎng)，形成一個能力強、效率高的決策體系。

三、系統(tǒng)概要闡述

（一）系統(tǒng)闡述原理

我們將依據(jù)市場定位和發(fā)展戰(zhàn)略制定一套科學系統(tǒng)的管理體制，并對內(nèi)部激勵體制和約束體制不斷完善，通過結(jié)合多種宣傳方式和廣告方式，打造項目的品牌知名度。

我們將以研發(fā)技術為核心，完善生產(chǎn)、使用商與銷售商的生產(chǎn)銷售鏈，在生產(chǎn)上打造上游（芯片制造）—中游（數(shù)據(jù)提供）—下游（服務商）的生產(chǎn)模式，以直銷和新媒體銷售方式為主，打造系統(tǒng)的運營模式，并有針對性地服務于未成年人、商務人士以及具有視聽障礙的殘障人士等目標人群。

（二）系統(tǒng)實際意義

工業(yè)2025的推出，中國正由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型升級，高技術含量的機器人市場前景廣闊，人機協(xié)作機器人的出現(xiàn)可進一步激活中小制造企業(yè)市場。團隊會做好前期產(chǎn)品推廣，增加免費試用等策略，增加產(chǎn)品信任度；多種渠道引進多元技術人才；強化產(chǎn)品的技術優(yōu)勢，加大機器人研發(fā)的力度；向銀行申請貸款，拓展融資渠道。中期本企業(yè)向著多元化的方向繼續(xù)發(fā)展，引入一系列活動服務，擴大公司在社會上的知名度，被大眾熟知。后期則繼續(xù)擴大公司產(chǎn)品的影響力，使其稱為機器人市場的主流，開展更多的活動，從而在市場占有一席之地。

四、關鍵技術介紹

隨著工業(yè)自動化的進一步發(fā)展，可以安全的與人類進行直接交互接觸的協(xié)作機器人逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)機器人出現(xiàn)在需要人類介入的工作中，他們把機器人的精確和力量和人類獨特的技巧與能力結(jié)合起來，更好地完成作業(yè)。但是，目前協(xié)作機器人與人類的交互方式極其有限，只能通過示教器編程，以及基于力矩傳感器的拖動示教和碰撞防止等方式進行低程度的人機交互，這使得協(xié)作機器人只能與人進行低程度的協(xié)同作業(yè)，限制了協(xié)作機器人的應用范圍。另一方面，低成本、小型化和高可靠性的導引技術，是未來導引技術的發(fā)展趨勢，而現(xiàn)有的直接坐標導引、電磁導引、磁帶導引、光學導引、激光導航、慣性導航、視覺導航和GPS（全球定位系統(tǒng)）導航八大導引技術在三個方面均存在一定的不足?；谏鲜龇治?，本團隊以手勢識別、動作預判、為隱形二維條碼導引、七自由度機械手臂、電子觸覺皮膚的應用與仿章魚機械手臂技術為核心，設計出一款工業(yè)協(xié)作機器人，具體的介紹方案如下：

工業(yè)2025的推出，中國正由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)型升級，高技術含量的機器人市場前景廣闊，人機協(xié)作機器人的出現(xiàn)可進一步激活中小制造企業(yè)市場。團隊會做好前期產(chǎn)品推廣，增加免費試用等策略，增加產(chǎn)品信任度；多種渠道引進多元技術人才；強化產(chǎn)品的技術優(yōu)勢，加大機器人研發(fā)的力度；向銀行申請貸款，拓展融資渠道。中期本企業(yè)向著多元化的方向繼續(xù)發(fā)展，引入一系列活動服務，擴大公司在社會上的知名度，被大眾熟知。后期則繼續(xù)擴大公司產(chǎn)品的影響力，使其稱為機器人市場的主流，開展更多的活動，從而在市場占有一席之地。

協(xié)作機器人是一種從設計之初就考慮降低傷害風險，可以安全的與人類進行直接交互接觸的機器人。傳統(tǒng)工業(yè)機器人在工作時，受限于技術和歷史原因，為了保證安全需要采取某些措施把人類排除在工作區(qū)域之外，例如汽車廠的焊接，噴漆等工序完全不需要人的參與，因此用安全圍欄/光柵圍住即可。

協(xié)作機器人的目的是為了把機器人（精確）的重復性能和人類獨特的技巧與能力結(jié)合起來，人類擅長解決不精確/模糊的問題，而機器人則在精度、力量和耐久性上占優(yōu)。比如電子產(chǎn)品裝配，機器人來放置零件，操作人員負責組裝；醫(yī)療領域，機器人代替護士進行手術輔助等。鑒于本團隊的協(xié)作機器人處在研發(fā)末期，為便于此方案的描述，本文以YuMi協(xié)作機器人為例進行闡述YuMi是ABB公司在2015年推出的全球首款雙臂協(xié)作機器人[5]。

參考文獻：

[1]張渝.基于深度學習和機器視覺的復雜背景裂紋檢測算法研究[D].重慶理工大學，2024.DOI：10.27753/d.cnki.gcqgx.2024.000696.

[2]練義華.基于深度學習和機器學習的全天候地表溫度估算方法研究[D].中國農(nóng)業(yè)科學院，2023.DOI：10.27630/d.cnki.gznky.2023.000733.

[3]胡楠.基于深度學習和機器視覺的玉米種子品種識別研究[D].吉林農(nóng)業(yè)大學，2023.DOI：10.27163/d.cnki.gjlnu.2023.000172.

[4]鄧楠，Pastur Luc R.，Noack Bernd R..基于第一性原理和機器學習方法的深度平均場建模[C]//中國力學學會流體力學專業(yè)委員會.第十二屆全國流體力學學術會議摘要集.哈爾濱工業(yè)大學（深圳）機電工程與自動化學院;巴黎綜合理工國立高等先進技術學院機械科學與工業(yè)應用研究所;，2022：1.DOI：10.26914/c.cnkihy.2022.068502.

[5]裴熠麟.基于深度學習理論和機器視覺技術的橋梁上車載識別研究[D].湖南大學，2020.DOI：10.27135/d.cnki.ghudu.2020.003341.

作者簡介：鄭俊，男，碩士，研究方向為計算機信號處理。江蘅蕪，女，本科。

基金項目：1.教育廳自然科學重點項目（項目編號2022AH051952）項目資助；2.國家自然科學基金項目 （項目編號62101206）項目資助。橫向項目：黃山學院橫向項目（項目編號：hxkt2024089）項目資助。