工業(yè)機(jī)器人的智能化將何去何從！

工業(yè)4.0，在中國這個世界級工廠的大地上正如火如荼的進(jìn)行著。與此同時(shí)，國家和地方政府也不遺余力，大力扶持地方企業(yè)進(jìn)行“機(jī)器換人”的無人化改造。我們都相信，這是一種不可阻擋的科技趨勢，也是一場不可逆的有關(guān)更大更完全解放生產(chǎn)力的革命潮流。

說到工業(yè)機(jī)器人，其實(shí)分類很多。但就我個人而言，接觸最多的還是串聯(lián)六軸機(jī)械臂，即俗稱的六軸機(jī)器人。因?yàn)樗杂啥榷?，靈活性好，且通用性比較高，所以廣受工業(yè)制造的青睞?，F(xiàn)在的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，越來越多的6軸機(jī)器臂出現(xiàn)在不同的工作崗位上，用以代替人類從事各種各樣繁重，危險(xiǎn)，高負(fù)荷的工作。這些工作曾經(jīng)因?yàn)闀o工作人員帶來難以預(yù)估的身體和精神傷害，而廣受詬病，并且隨著中國老齡化的浪潮的到來，也使企業(yè)主難以招到滿意的員工。而現(xiàn)在，靈活穩(wěn)定的機(jī)械臂的出現(xiàn)，剛好解決了這個問題。

在某些行業(yè)領(lǐng)域，6軸機(jī)械臂有廣泛的應(yīng)用，如家電行業(yè)，鑄造行業(yè)；在某些行業(yè)領(lǐng)域，6軸機(jī)械臂有更廣泛的應(yīng)用，如汽車行業(yè)，電子行業(yè)。在這些擁有高附加值和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線的行業(yè)中，價(jià)格不菲的機(jī)器人的優(yōu)勢才能更好的發(fā)揮出來。

1959年美國英格伯格和德沃爾(Devol)制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人,機(jī)器人的歷史真正開始?，F(xiàn)如今，半個世紀(jì)過去了，工業(yè)機(jī)器人可謂走過了一段漫長的發(fā)展之路。從當(dāng)初的實(shí)驗(yàn)室，到現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用的各個行業(yè)，我們可以看到，機(jī)器人的應(yīng)用已經(jīng)越來越成熟。但是這種成熟，似乎也非常集中在某些行業(yè)，如電子生產(chǎn)，汽車制造等。

為什么這么說呢？我們來看看智能手機(jī)的發(fā)展過程，從04年出現(xiàn)，到現(xiàn)在的非常普及乃至普通，其中有一個非常重要的事件，就是生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。比如充電器接口，所有安卓智能手機(jī)的充電器接口都一樣。這種設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化，有一個很明顯的好處，就是給用戶帶來了很多方便。出差，忘記帶手機(jī)充電線了，不怕，我們可以很容易在周邊借到一根充電線。標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢，更多的體現(xiàn)在產(chǎn)品的普及過程，和無限的可能性發(fā)展。它能讓更多的人參與進(jìn)來，使用，設(shè)計(jì)，優(yōu)化。這對一種產(chǎn)品的成熟至關(guān)重要。

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展如何呢？發(fā)展了半個多世紀(jì)，我們看到，它的成熟度和發(fā)展了幾年的手機(jī)相比，實(shí)際上差距還是很大。工業(yè)機(jī)器人有自己的小圈子，本體廠家之間都是明顯的競爭關(guān)系，他們的保護(hù)壁壘也更加厚實(shí)。他們對自己的機(jī)器人都十分自信，覺得它們能完成更多，更精細(xì)的工作。所以與他人合作的意愿就沒有那么強(qiáng)烈，甚至是不愿意和他人交流。

但是，我們看到工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用還是有限的。機(jī)器人在使用的時(shí)候，也沒有本體廠家們想象的那么好用。實(shí)際上，它還需要更多的設(shè)計(jì)來完善功能，增加使用的便利性和靈活性。

進(jìn)過60年的發(fā)展，到目前為止機(jī)器人的擁有量不到300萬臺，而中國一年的汽車產(chǎn)量2500萬臺。機(jī)器人作為一種產(chǎn)業(yè)或者產(chǎn)品，它幾乎可以忽略不計(jì)。而原因在于，由于眾多技術(shù)的限制使機(jī)器人只是局限在制造業(yè)很窄的一部分里。盡管如此，機(jī)器人在全球范圍的熱度卻仍在持續(xù)升溫。

實(shí)際上，當(dāng)前就制造業(yè)向“智造業(yè)”的轉(zhuǎn)型發(fā)展已成為共識，廣東近幾年出現(xiàn)的“機(jī)器換人”的大潮更是一個典型代表。在產(chǎn)品生命周期縮短、消費(fèi)者個性化需求提高的當(dāng)代，傳統(tǒng)的大規(guī)模流水線工業(yè)已經(jīng)跟不上節(jié)奏——智能手機(jī)的更新?lián)Q代的周期更是已經(jīng)縮短到11個月，連汽車等高檔消費(fèi)品的更新周期也減少到了4年，靈活、快速及可以隨時(shí)變化升級的生產(chǎn)線為工業(yè)機(jī)器人提出了新的要求，也提供了新的機(jī)遇。

個人感覺，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用，如果想更上一層樓，需要在以下方面做出改變：

1.本體廠商對設(shè)備精度和性能的提升，對傳感設(shè)備的深層研發(fā)，并構(gòu)架出閉環(huán)控制系統(tǒng)。

工業(yè)機(jī)器人普遍能達(dá)到低于0.1毫米的運(yùn)動精度(指重復(fù)運(yùn)動到點(diǎn)精度)，抓取重達(dá)一噸的物體，伸展也可達(dá)三四米。這樣的性能雖不一定能輕易完成蘋果手機(jī)上一些“瘋狂”的加工要求，但對絕大部分的工業(yè)應(yīng)用來說，是足以圓滿完成任務(wù)。

隨著機(jī)器人的性能逐漸提升，以前一些不可能的任務(wù)也變得可行起來(如激光焊接或切割，曾需要專門的高精度設(shè)備來指導(dǎo)激光的走向，但隨著機(jī)器人精度的提升，現(xiàn)在也變得可依賴機(jī)器人本身的準(zhǔn)確運(yùn)動來代替了)。

但相比傳統(tǒng)高端設(shè)備，如高精度數(shù)控機(jī)床，激光校準(zhǔn)設(shè)備，或特殊環(huán)境(高溫或特低溫)設(shè)備等，工業(yè)機(jī)器人尚力不能及。

工業(yè)機(jī)器人是工業(yè)智能化的一個標(biāo)志，它不僅體現(xiàn)在機(jī)械控制系統(tǒng)的智能編程上，還需要外部傳感設(shè)備支持。為了檢測作業(yè)對象及環(huán)境或機(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖龀龈筘暙I(xiàn)。

2.本體廠商對數(shù)據(jù)底層接口的開放，本體廠商之間標(biāo)準(zhǔn)化接口和編程語言。

傳統(tǒng)機(jī)器人的工作本質(zhì)就是不斷地走一個個的路徑點(diǎn)，同時(shí)接收或設(shè)置外圍的I/O信號(老和其他設(shè)置如夾具，輸送線等合作)。而指導(dǎo)機(jī)器人這么做得過程，就是機(jī)器人編程。幾乎每一家領(lǐng)先公司都有自家的編程語言和環(huán)境，從而需要機(jī)器人操作者參加學(xué)習(xí)培訓(xùn)。當(dāng)機(jī)器人適用范圍增廣后，這個成本開始顯現(xiàn)了。

這些廠商是有理由維護(hù)自家的編程環(huán)境的，一來工業(yè)機(jī)器人四十年前就開始規(guī)?；隽?，那時(shí)還沒有什么面向?qū)ο蟮痊F(xiàn)在廣為熟知普遍認(rèn)同的主流先進(jìn)編程理念，二來萌芽階段自家技術(shù)難免會和競爭對手不同，維護(hù)一個編程方式也無可厚非，三來因?yàn)樗麄兊拇罂蛻敉彩莻鹘y(tǒng)的工業(yè)大客戶，如大汽車廠商，這些客戶求穩(wěn)，自然不希望你機(jī)器人過幾年就趕個熱潮變換編程方式，搞得他們還得扔掉幾十年的經(jīng)驗(yàn)，重新花大錢培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

標(biāo)準(zhǔn)化底層數(shù)據(jù)接口還有另外一個好處，就是直接給上層的應(yīng)用級開發(fā)帶來很多方便的地方?，F(xiàn)在，大多數(shù)離線編程公司因?yàn)闆]辦法拿到機(jī)器人底層數(shù)據(jù)接口，無法直接和機(jī)器人通信，所以程序調(diào)試起來很麻煩。同時(shí)，因?yàn)闆]有底層數(shù)據(jù)接口，離線編程應(yīng)用等開發(fā)出來的功能也十分有限。這給編程人員和整個機(jī)器人應(yīng)用的廣泛普及都帶來了很大的苦惱。

3.軟件服務(wù)公司對機(jī)器人通用功能的完善，對工藝數(shù)據(jù)的處理。

機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的研制和開發(fā)涉及的問題很多．包括多個領(lǐng)域的多個學(xué)科。目前工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人離線編程軟件種類也很繁多，軟件的性能和功能也參差不齊，各有千秋。舉例來說，國外離線編程軟件發(fā)展較早，工業(yè)應(yīng)用也比較成熟。像Robotmaster，RobotStudio，RobotWork等都是首屈一指的離線軟件大佬，他們在國內(nèi)外的行業(yè)應(yīng)用中，都經(jīng)過大量的實(shí)踐檢驗(yàn)。國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件雖然起步較晚，但是因研發(fā)投入較大，重視程度較高，所以進(jìn)步很大，典型的案例就是北京華航唯實(shí)機(jī)器人公司的RobotArt離線編程軟件。其公司技術(shù)背景一是北航機(jī)器人研究所與CAD中心數(shù)十年的航空航天項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，二是數(shù)幾十人的優(yōu)秀研發(fā)團(tuán)隊(duì)，再加上背后財(cái)團(tuán)的大力支持，商業(yè)化后短短兩年就發(fā)展成國內(nèi)離線編程軟件的領(lǐng)導(dǎo)者，一騎絕塵，可謂成績不俗。。

離線編程技術(shù)是未來工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)之一，但是，就目前的工業(yè)應(yīng)用來說，軟件需要改進(jìn)的地方還有很多。為推動這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也需要多個方面的研究工作，下面就以大家比較熟悉的國產(chǎn)離線編程軟件RobotArt為例，來具體談?wù)勡浖枰倪M(jìn)的地方：

a)多媒體技術(shù)在機(jī)器人離線編程中的研究和應(yīng)用。友好的人機(jī)界面、直觀的圖形顯示及生動的語言信息都是離線編程系統(tǒng)所需要的。在這些地方，RobotArt相比較外國軟件，做的已經(jīng)很好了。當(dāng)然，這個和它是國產(chǎn)軟件，有一群了解中國人軟件使用習(xí)慣的程序猿有很大關(guān)系。良好的人機(jī)交互體驗(yàn)?zāi)軠p少軟件使用者的上手和學(xué)習(xí)難度，同時(shí)也能增加用戶的使用欲望，幫助設(shè)計(jì)人員更好的工作。

b)多傳感器的融合技術(shù)的建模與仿真。隨著機(jī)器人智能化的提高，傳感器技術(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要。因而需要在離線編程系統(tǒng)中對多傳感器進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)多傳感器的通訊，執(zhí)行基于多傳感器的操作。對于傳感器的支持，據(jù)我所知，RobotArt這方面的研究還比較少，國外同行做的也不盡如人意。機(jī)器人要想更智能化，傳感器是一個非常關(guān)鍵的設(shè)備，其相關(guān)技術(shù)還需要大家共同努力，盡早突破。

c)各種規(guī)劃算法的進(jìn)一步研究。其包括路徑規(guī)劃、抓取規(guī)劃和細(xì)微運(yùn)動規(guī)劃等。規(guī)劃一方面要考慮到環(huán)境的復(fù)雜性、運(yùn)動性和不確定性，另一方面又要充分注意計(jì)算的復(fù)雜性。我們知道，離線編程仿真軟件，一個非常重要的功能就是，產(chǎn)線軌跡，軌跡規(guī)劃和軌跡生成。為了減少不必要的成本，提高工作效率，我們使用軟件更多的是出于設(shè)計(jì)方面的考慮。RobotArt軟件可以支持多機(jī)器人的產(chǎn)線規(guī)劃，支持單機(jī)器人的軌跡規(guī)劃和生成，這大大滿足了我們工程師在設(shè)計(jì)方面的要求。

d)錯誤檢測和修復(fù)技術(shù)。系統(tǒng)執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤是難免的．應(yīng)對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測以監(jiān)視錯誤的發(fā)生，并采用相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)。此外，最好能達(dá)到錯誤預(yù)報(bào)，以避免不可恢復(fù)動作錯誤的發(fā)生。RobotArt在程序仿真的時(shí)候，打開干涉檢查功能，會對軌跡中的錯誤做初步檢測。生成后置程序的時(shí)候，會對后置的機(jī)器人數(shù)據(jù)做最后的檢測過濾，如果發(fā)現(xiàn)有不符合程序正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)，會拒絕生成后置代碼。這樣做的目的是最大程度減少，來自程序設(shè)計(jì)本身的失誤。這一點(diǎn)需要給RobotArt的設(shè)計(jì)人員點(diǎn)個贊，做的真的很好。

在解決上述軟件通用功能以后，對工藝數(shù)據(jù)的整理組織也是一項(xiàng)十分重要的工作。專家?guī)斓慕?，能夠把軟件編程和機(jī)器人操作的門檻降低，讓更多的非專業(yè)工作人員進(jìn)入到智能化產(chǎn)線當(dāng)中。機(jī)器人換人的目的不是讓人失業(yè)，而是解放勞動力，讓設(shè)計(jì)人員把精力和時(shí)間投入到更有價(jià)值，更有意義的工作中去。隨著全球老齡化的到來，隨著員工的更新?lián)Q代，操作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)工藝也面臨傳承不濟(jì)和逐漸流失的風(fēng)險(xiǎn)。如果離線編程軟件能做好工藝數(shù)據(jù)的沉淀和應(yīng)用，也算是功德一件。對于企業(yè)的自身發(fā)展，也很有幫助。目前，各個離線編程廠家或多或少都有自己的工藝數(shù)據(jù)包，像RobotStudio等這樣有本體機(jī)器人做依托的離線廠家，工藝數(shù)據(jù)自然豐富強(qiáng)大一些，沒有本體依托的軟件廠家，也在做相關(guān)方面的研究。RobotArt在東莞也建立起了自己的科學(xué)試驗(yàn)站，和多家國內(nèi)本體廠商合作，專門從事打磨，焊接，去毛刺等工藝研究，現(xiàn)已積累大量可用于工業(yè)生產(chǎn)的工藝數(shù)據(jù)。

總結(jié)：只有當(dāng)上述三個問題得以突破，工業(yè)機(jī)器人才能擺脫目前只是作為一種機(jī)械設(shè)備在行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀，從而進(jìn)入廣泛的市場。不止是作為人類的替代或人類能力的延伸，而是成為一個真正能夠獨(dú)當(dāng)一面的機(jī)器人。我們相信這一天的到來，將會是人類科技發(fā)展史上非常重要，輝煌的一個篇章。

來源：robotinside ，作者：工控老五