說到工業機器人,其實有很多分類。但就我個人而言,接觸最多的還是串聯的六軸機械手,俗稱六軸機器人。由於其自由度多、靈活性好、通用性高,受到工業制造業的廣泛青睞。如今,在工業應用領域,越來越多的6軸機械臂出現在不同的工作崗位上,代替人類從事各種繁重、危險、高負荷的工作。這些工作受到了廣泛的批評,因為它們會給員工帶來不可預知的身心傷害,而且隨著中國老齡化浪潮的到來,企業主也很難招到滿意的員工。現在,柔性穩定機械手的出現正好解決了這個問題。
在壹些工業領域,6軸機械手有著廣泛的應用,如家電行業、鑄造行業;在壹些工業領域,六軸機械手有更廣泛的應用,如汽車工業和電子工業。在這些附加值高、生產線標準化的行業,價格昂貴的機器人優勢可以更好的發揮出來。
1959年,美國制造出世界上第壹臺工業機器人,機器人的歷史才真正開始。如今,半個世紀過去了,工業機器人走過了漫長的發展道路。從最初的實驗室到工業應用的各個行業,可以看到機器人的應用已經越來越成熟。但這種成熟似乎非常集中在某些行業,比如電子生產和汽車制造。
為什麽這麽說?我們來看看智能手機的發展歷程。從2004年出現到現在的流行甚至普通,其中壹個很重要的事件就是生產工藝的標準化。例如,所有Android智能手機的充電器接口都是壹樣的。這種設備的標準化有壹個明顯的優勢,就是給用戶帶來了很多便利。出差,忘記帶手機充電線。別怕,我們周圍很容易就能借到充電線。標準化的優勢更多體現在產品的普及過程和發展的無限可能上。可以讓更多的人參與、使用、設計、優化。這對壹個產品的成熟度至關重要。
工業機器人的發展怎麽樣?經過半個多世紀的發展,我們可以看到它的成熟度和已經發展了幾年的手機相比還有很大的差距。工業機器人有自己的小圈子,本體廠商競爭明顯,防護壁壘更厚。他們對自己的機器人非常有信心,覺得自己可以完成更多更細致的工作。所以,與人合作的意願並沒有那麽強烈,甚至不願意與人交流。
但是我們看到工業機器人的工業應用還是有限的。機器人在使用的時候,並沒有本體廠商想的那麽好用。事實上,它需要更多的設計來完善其功能,增加其便利性和靈活性。
經過60年的發展,到目前為止,機器人的數量不到300萬,而中國每年生產2500萬輛汽車。機器人作為壹個行業或產品,幾乎可以忽略不計。原因是由於眾多的技術限制,機器人被限制在制造業的壹個狹窄部分。盡管如此,機器人在全球的普及程度持續升溫。
事實上,制造業向“智能制造產業”轉型已經成為* * *學問,廣東近年來的“機器換人”潮就是典型代表。隨著產品生命周期的縮短和消費者個性化需求的提高,傳統的大型流水線行業已經跟不上步伐——智能手機的更新周期縮短到11個月,甚至汽車等高端消費品的更新周期也縮短到4年。靈活、快速、多變的生產線對工業機器人提出了新的要求,提供了新的機遇。
個人認為,工業機器人的發展和應用,如果要上壹層樓,需要在以下幾個方面做出改變:
1.本體廠商提高設備精度和性能,深度研發傳感設備,構建閉環控制系統。
壹般工業機器人可以達到0.1 mm以內的運動精度(指重復運動的點精度),抓取壹噸重的物體,拉伸可達三四米。雖然這樣的性能可能無法在蘋果手機上輕松完成壹些“瘋狂”的處理要求,但對於大多數工業應用來說,已經足夠成功完成任務。
隨著機器人性能的逐漸提高,壹些以前不可能完成的任務變得可行(比如激光焊接或切割,以前需要特殊的高精度設備來引導激光方向,但隨著機器人精度的提高,現在已經可以依靠機器人本身的精確運動來代替)。
但相對於傳統的高端設備,如高精度數控機床、激光校準設備,或特殊環境(高溫或超低溫)設備,工業機器人仍是可望而不可及。
工業機器人是工業智能化的象征,不僅體現在機械控制系統的智能編程上,還需要外部傳感設備的支持。為了檢測工作對象和環境或機器人與它們之間的關系,機器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力傳感器、接近傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器,大大改善了機器人的工作條件,使其能夠更充分地完成復雜的工作。因為外置傳感器是壹個融合了很多學科的產品,有些方面還在探索中。隨著外部傳感器的進壹步完善,機器人的功能越來越強大,它將在許多領域為人類做出更大的貢獻。
2.本體供應商對數據底層接口的開放性,本體供應商之間接口和編程語言的標準化。
傳統機器人的工作本質是壹個接壹個地不停行走,同時接收或設置外圍I/O信號(老式機器人配合夾具、輸送線等其他設置)。指導機器人做這件事的過程就是機器人編程。幾乎每個領先的公司都有自己的編程語言和環境,需要機器人操作員參與學習和培訓。這個成本是在機器人應用範圍拓寬的時候開始出現的。
這些廠商有理由維護自己的編程環境。第壹,40年前開始大規模制造工業機器人。當時還沒有主流的高級編程概念,比如現在廣為人知、普遍認可的面向對象。第二,在萌芽階段,他們自己的技術必然會和競爭對手不壹樣,保持壹種編程方法無可厚非。第三,因為他們的大客戶往往是傳統的工業客戶,比如大的汽車制造商,這些客戶都是求穩的。他們自然不希望妳的機器人在幾年後趕上壹股改變編程方法的熱潮。
規範底層數據接口還有壹個好處,就是直接給上層應用級開發帶來了很多便利。目前大多數離線編程公司都無法獲取機器人底層數據接口,無法直接與機器人進行通信,所以程序調試非常麻煩。同時,由於沒有底層數據接口,離線編程應用開發的功能也非常有限。這給程序員和整個機器人的廣泛應用帶來了極大的苦惱。
3.軟件服務公司改進機器人的壹般功能,處理數據。
機器人離線編程系統的研究和開發涉及到很多問題,包括很多領域的很多學科。目前工業領域的機器人離線編程軟件種類繁多,軟件的性能和功能也參差不齊,各有千秋。比如海外離線編程軟件發展較早,工業應用也比較成熟。大象等是領先的線下軟件巨頭,在國內外行業應用中經過大量實踐的檢驗。我國工業機器人離線編程軟件雖然起步較晚,但由於研發投入大,關註度高,所以發展很快。典型案例是北京華航威視機器人公司的離線編程軟件。公司的技術背景是北航機器人研究所和CAD中心數十年的航天項目經驗,以及數十人的優秀R&D團隊。再加上背後財團的大力支持,商業化後短短兩年就發展成為國內離線編程軟件的領導者,並取得了不俗的成績。。
離線編程技術是未來工業機器人發展的重點之壹。但就目前的工業應用而言,軟件還有很多需要改進的地方。為了推動這項技術的進壹步發展,還需要多方面的研究工作。下面以大家熟悉的國產離線編程軟件為例,具體說說軟件需要改進的地方:
a)多媒體技術在機器人離線編程中的研究與應用。友好的人機界面、直觀的圖形顯示和生動的語言信息都是離線編程系統所需要的。在這些地方,相比國外的軟件,它已經做得很好了。當然,這與國產軟件和壹群了解中國人軟件使用習慣的程有很大關系。良好的人機交互體驗可以降低軟件用戶的入門和學習難度,同時也增加了用戶的使用欲望,有助於設計師更好地工作。
b)多傳感器融合技術的建模與仿真。隨著機器人智能化程度的提高,傳感器技術在機器人系統中的應用越來越重要。因此,有必要在離線編程系統中對多傳感器進行建模,實現多傳感器通信,並進行基於多傳感器的操作。據我所知,對傳感器的支持研究很少,國外同行做的工作也不盡如人意。機器人要想更加智能,傳感器是非常關鍵的設備,其相關技術需要大家共同努力,盡快突破。
c)對各種規劃算法的進壹步研究。它包括路徑規劃、抓取規劃和精細運動規劃。規劃壹方面要考慮到環境的復雜性、流動性和不確定性,另壹方面要充分重視計算的復雜性。我們知道,離線編程仿真軟件的壹個很重要的功能就是生產線軌跡、軌跡規劃和軌跡生成。為了減少不必要的成本,提高工作效率,我們更多的是出於設計考慮而使用軟件。該軟件可以支持多機器人生產線規劃和單機器人軌跡規劃與生成,極大地滿足了我們工程師的設計需求。
d)錯誤檢測和修復技術。在系統執行的過程中,錯誤是不可避免的。應檢測系統的運行狀態以監控錯誤的發生,並采取相應的修復技術。此外,最好能實現誤差預測,避免不可逆的動作錯誤。當程序被模擬時,打開幹涉檢查功能將首先檢測軌跡中的誤差。在生成後置程序時,最後會對後置機器人數據進行檢測和過濾,如果有任何不符合程序正常運行的數據,就會拒絕後置代碼。這樣做的目的是盡量減少編程本身的錯誤。這壹點需要設計師們稱贊,確實很好。
解決了上述軟件的壹般功能後,整理工藝數據也很重要。專家庫的建立可以降低軟件編程和機器人操作的門檻,讓更多的非專業工人進入智能生產線。機器人換人的目的不是讓人們失業,而是解放勞動力,讓設計師把精力和時間投入到更有價值、更有意義的工作中。隨著全球老齡化的到來和從業人員的更新換代,運營經驗和技術也面臨著傳承不佳和逐漸流失的風險。如果離線編程軟件能做好工藝數據的沈澱和應用,也是壹種功德。對企業自身發展也很有幫助。目前各離線編程廠商或多或少都有自己的工藝數據包。對於有本體機器人的離線廠商,工藝數據自然更豐富更強大,沒有本體的軟件廠商也在做相關研究。我們還在東莞建立了自己的科學實驗站,與國內多家本體廠商合作,專門從事拋光、焊接、去毛刺等工藝研究,積累了大量可用於工業生產的工藝數據。
總結:只有突破了以上三個問題,工業機器人才能擺脫在工業領域只作為機械設備使用的現狀,從而進入廣闊的市場。不僅僅是作為人類的替代品或人類能力的延伸,更是作為壹個真正獨立的機器人。我們相信,這壹天的到來,將是人類科技發展史上壹個非常重要而輝煌的篇章。