高端制造机器人柔性自动化生产线控制系统及应用

1、项目：高端制造机器人柔性自动化生产线控制系统及应用湖南威胜信息技术有限公司二0一七年一月五日附件：拟申报2017年国家科学技术进步奖公示材料一、项目名称高端制造机器人柔性自动化生产线控制系统及应用?二、推荐单位中国包装总公司?三、项目简介高端装备制造业是实体经济的主体，是国民经济的脊梁，是国防安全的物质基础。工业机器人生产线是航 空航天、海工装备、轨道交通、新能源汽车、电子制造、电力装备等高端制造业的关键支撑装备，具有重 复精度高、可靠性好、适用性强的特点，能替代人工完成各种复杂作业任务。然而传统工业机器人生产线 在高端装备制造中面临着作业环境恶劣、制造工序繁多、工件结构复杂、尺寸多样、高速高精度、超精密 术可靠等技术难题，对工业机器人生产线的环境感知、自主决策、柔性制造控制提出了巨大的挑战。为此，项目在国家“863计划、国家自然科学基金重点项目等支持下，经过多年技术攻关，突破了高端制造 实时视觉感知、精准执行控制、高效优化决策等三大关键技术，研制出机器人柔性自动化生产线感知与控 制系统平台，成功应用于国内外高端装备制造企业。取得系统性创新和重大突破如下：1 .攻克高速高精度机器视觉成

2、像与信息获取关键技术。针对高端制造环境下复杂对象特征信息获取的难题，发明三维环境机器视觉成像与高分辨率信息获取、微小目标高精度图像识别定位、多尺度特征提取与智能缺陷检测等方法，解决复杂目标、多种缺陷的实时精准检测难题，实现高端制造生产线目标的识别、定位、抓取、装配、检测与分拣。视觉定位精度达到2“但2 .提出高速精准执行控制方法。针对高端制造复杂构件的机器人精密加工、钻孔加接、焊接打磨、抛光喷涂与装配中的精准控制难题，提出高速机械手眼”协调控制、视觉伺服跟踪控制、机器人力位混合控制与复杂环境下运动轨迹规划跟踪方法，解决了高端装备制造过程高效轨迹规划、轨迹跟踪与恰当力优化控制难题。实现了大型构件高效精密加工、柔性装配。汽车制造机器人点焊定位精度从30“m提高到25Mllt3 .研制高端制造高效优化决策运行控制系统。针对高端制造多工序、多任务、多机器协同作业难题，研制 出机器人柔性自动化生产线实时感知、优化决策与协调运行控制软硬件系统，成功应用于柔性化、定制化、小批量、多品种的高端装备制造企业。提高了应用企业生产效率%、降低了成本%、产品合格率提高到%。项目授权国家发明专利 47项，软件着

3、作权26项，制定国家行业标准 2项，发表论文被SCI收录68篇， EI收录276篇。经专家鉴定：高端制造机器人柔性自动化生产线的视觉控制系统关键技术，达到国际领先水平”。技术成果已大规模应用于中航工业、中国中车、中船重工、中国铁建重工集团、中国轻工、中国兵工、中国包装、威胜电子、广汽集团、长泰机器人、湖南世优新能源等570多家国内装备制造企业，远销欧美日德等30多个海外国家和地区。近三年新增销售亿元，新增利润亿元，应用前景广阔。获省部级发明 和科学技术一等奖2项。?四、客观评价该项目产学研用结合，围绕高端装备制造业的重大需求，攻克高速高精度视觉成像与信息获取、高速精准 执行控制、高效优化决策运行控制等关键技术，研制出高端制造机器人柔性自动化生产线视觉感知与控制 系统成套软硬件设备产品，并分别对项目成果进行了检测、鉴定和验收，客观评价如下：(一)国际权威专家对该成果创新性和效果的评价(1)项目技术成果提出了多任务的分布式系统智能辨识与协调控制方法，突破智能控制算法的高速实时性技术瓶颈，确保高端制造优化决策控制系统高效稳定运行，并发表在 IEEE Transactions on Contr

4、ol System Technology，IEEE Transactions on Industrial Electronics等多个杂志，美国工程院院士 James 教授评价： 成果为高端制造自动控制提供了技术支撑。”(2)项目技术成果提出了基于视觉与力觉信息感知的运动力位混合控制和智能手眼协调控制方法，并发表在IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics ,技术成果被德国工程院院士，不莱梅大学HorstSelzer教授评价：研究成果为高端制造装备的控制开辟了新途径”并邀请合作完成欧盟第五框架国际合作重大项目。(二)重大和重点项目验收意见(1) 2013年国家自然科学基金重点项目专家组验收意见为：米项目提出了多尺度特征提取和智能缺陷检测方法，攻克高端制造生产线上多机械手与多视觉协同、微弱目标实时图像获取、高精度检测识别重大难题，首次研制出工业制造视觉检测机器人，实现了产品制造的高速高精度识别与检测，总体验收意见为优秀”(2) 2011年863重大项目 高端制造机器人柔性自动化生产线关键技术”专家组验收意见为：耕制的高性能自适应光

5、学、视觉信息获取、高帧速实时图像处理软硬件系统，解决了高端制造复杂构件识别定位与引 导抓取作业难题，视觉定位精度可达2从q单幅高分辨率复杂图像处理时间由现有的提高到，检测正确率达到。研制的基于图像的多机器人协同视觉伺服控制软硬件系统，实现高端制造机器人视觉引导、精密 加工、钻孔钟接、焊接打磨等，机械加工精度从墟高到土点焊定位精度从现有的 30四提高至1 25。关键技术达到国际现有领先水平。”(3) 2016年，吴澄院士、王天然院士、柴天佑院士、桂卫华院士等16位专家组对机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室的科研项目成果评价意见为：突破了高端制造机器人柔性自动化生产线的视觉成像、信息获取、运动目标检测、伺服跟踪控制等关键技术，其中视觉控制关键技术达到国际领先水平，成果已 应用于机械、电子、汽车、电力、航空航天、轨道交通等制造行业，取得了显着的经济社会效益，得到了 应用单位的好评。”(三)项目鉴定结论(1 )2007年，湖南省科技厅组织专家对项目工业制造机器视觉检测与智能控制技术及应用”的鉴定意见为：项目提出了工业机器视觉伺服控制方法，研制出工业生产线实时检测、精准控制、协同管理系统，实

6、现了多任务、多品种生产制造。成功应用于工程机械、汽车制造、精密电子等制造企业，在工业制造大范围动 态视觉检测与控制关键技术达到了国际领先水平(2)湖南省科技厅组织对项目汽车制造生产线检测与监控系统及其应用”的鉴定意见为：项目提出了智能视觉检测识别方法，研制出汽车生产线实时监控、检测识别、协同优化系统，实现了汽车制造的高速实 时检测监控，关键技术达到了国际领先水平(四)项目获省部级重要科技奖励(1)智能包装机器人自动化生产线关键技术及应用，获2016年中国包装总公司科学技术奖(发明类)一等奖。(2)高端制药自动化生产线感知控制技术及数字车间应用，获2016年中国包装联合会科学技术一等奖。(五)科技查新2016年12月，国家一级科技查新单位湖南省科技信息研究所对高端制造机器人柔性自动化生产线关键技术及应用”技术成果进行了国内外科技查新，认为：国内外目前尚未见与该查新项目上述综合技术特点相同文献报道(六)用户评价(1)高端海工装备制造企业南通力威机械有限公司评价：公司引进了湖南大学高端制造自动化生产线机器视觉控制关键技术项目成果，成功应用于我公司石油钻井品台以及船舶生产车间，提高企业生产效率

7、%,降低企业的生产成本 %,产品合格率达到 ,公司已有2568套产品推广应用于中国重工海洋 工程装备集团、大连船舶重工集团、 深圳船舶集团、武桥重工集团、中铁大桥局集团、上海港机重工集团、中铁宝桥集团、湖南天桥等十多家国内知名企业，提高应用企业生产效率 12%18%,降低应用企业成本,得到客户和行业的一致认可。”(2)高端电子制造企业威胜集团有限公司评价：我公司应用了湖南大学先进的电子自动控制技术、视觉检测技术和系统生产集成技术， 建立了智能车间电表制造装配机器人自动化生产线，提高了生产效率45% ,降低生产成本30%,减少人工90%,装配机器人定位精度达到 土，产品合格率达到。”(3)高端轨道交通装备制造企业中国铁建重工集团有限公司评价：公司与湖南大学合作研发的高端智能制造领域中智能控制、视觉检测等核心技术成功应用于我公司高端轨道交通大型盾构机和重型机械装备制 造生产线。提高企业经济效益 ，降低企业的生产成本 ,产品合格率达到 。”(4)机器人制造企业长沙长泰机器人有限公司评价：高端制造自动化生产线机器视觉控制关键技术成果已应用于我公司多种基于视觉引导的机器人控制系统产品，产品推广应

8、用于汽车、航空航天、军工民爆等行业，提高应用企业生产效率 %，降低生产成本,机器重复定位精度小于 gm,磨削产品尺寸精度 可控制在3Vm,提高加工效率 %。” ?五、推广应用情况、经济效益和社会效益湖南大学，湖南工业大学，中国科学院沈阳自动化研究所，长沙长泰机器人有限公司，中国铁建重工集团有限公司，湖南威胜信息技术有限公司等紧密合作，突破高端制造自动化生产线机器视觉控制关键技术，研制出具有自主知识产权的高端智能制造机器人柔性自动化生产线控制系统，视觉感知与控制核心技术已达到德国、日本等先进制造国家水平，使我国制造工业从传统制造时代跨入了现代化智能制造时代，提高了 应用企业生产效率 ,降低了应用企业成本 ,产品合格率提高到 %。”技术成果已累计应用于中航工业、中国中车、中国铁建重工集团、中船重工、中国兵工、南通力威、威胜电子、广汽集团、长泰机器人、湖南世优新能源等570多家国内装备制造企业，远销欧美日德等 30多个海外国家和地区。近三年新增销售亿元，新增利润亿元，应用前景广阔。取得了显着的经济效益。主要应用单位情况表应用单位名称应用技术应用起止 时间联系人及联系电话应用情况湖南威胜信息技

9、术有限公司整体技术2012-至今廖敏亿元，提高了企业生产效率降低 企业生产成本减少人工产品合 格率达到%长沙长泰机器 人有限公司整体技术2011-至今顾颜晓亿元，提高打磨精度提高打磨速 度减少人工提高应用企业生产 效率%降低生产成本%中国铁建重工 集团有限公司整体技术2009-至今麻成标亿元，提高企业经济效益%降低企 业的生产成本产品合格率达到%湖南镭目科技 有限公司整体技术2009-至今李兵亿元，提高生产效率降低生产成本% 减少人工 节约工时55% 生 产产品合格率达到%南通力威机械 有限公司整体技术2009-至今薛小红亿元，提高企业生产效率%降低 企业的生产成本%产品合格率达 到%湖南紫光测控 有限公司整体技术2009-至今严义交亿元，提高企业生产效率%降低 生产成本%产品合格率达到%湖南千山制药 机械股份有限 公司整体技术2008-至今肖丽霞亿元，视觉检测机器人异物检测精度 达到50（i nr1漏检率小于, 台设 备可完全替代42名灯检工人，整体 设备指标达到国内领先水平。?六、主要知识产权证明目录（不超过10件），识产权，别知识产权具 体名称国家（地 区）授权号授权 日期证书 编号权利人发明人发明后效 状态“明一种基于随 机策略的运 动目标检测 方法中国1468925湖南大学王耀南； 毛建旭 等有权“明一种基于CANopenfi勺 机械臂关节 电机控制方 法及系统中国

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