解析：我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的七大技術(shù)現(xiàn)狀
隨著人口紅利逐步消失,我國已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場。根據(jù)工信部消息,到2020年,我國將形成較為完整的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系,高端市場占有率達(dá)到45%以上。
目前,中國工業(yè)機(jī)器人的使用主要集中在汽車工業(yè)和電子電氣工業(yè)、弧焊機(jī)器人、點焊機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等在生產(chǎn)中被大量采用,下面我們將從技術(shù)角度,分析工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀。
1.通用性
工業(yè)機(jī)器人可編程,支持多自由度運(yùn)動,因此應(yīng)用較靈活。雖然不及人類,但相對于很多工業(yè)自動化常見的專機(jī)(專為一類工業(yè)應(yīng)用或一家客戶定制的機(jī)電集成方案),工業(yè)機(jī)器人還是靈活多了。工業(yè)應(yīng)用改動不太大時,是可以通過機(jī)器人重新編程來滿足新的需求,而無需在硬件上再做大量投資。但相應(yīng)的,它的相對不足會是效率。畢竟專機(jī)是為一個應(yīng)用定制的,因此雖犧牲通用性但實現(xiàn)了效率優(yōu)化,在產(chǎn)量這個客戶非常關(guān)心的指標(biāo)上能完成地很好。
2.機(jī)電性能
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。
3.人機(jī)合作
傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人是關(guān)在籠子里工作的,因為它實在危險(想象一個抓著幾十或幾百公斤的家伙以四米每秒的速度甩著,誰也不想靠近吧)。主要原因是一般機(jī)器人,基于成本與技術(shù)的考慮,不會集成額外的傳感器去感知外部的特殊情況(如突然有人觸碰),它只會“傻傻”得照著人類編好的程序日復(fù)一日的動著,除非有外部信號告訴它停止。所以常見的方案就是為機(jī)器人配備籠子,當(dāng)籠子門打開時,機(jī)器人收到信號便自動暫停。對安全的考慮,自然給機(jī)器人集成帶來了很多額外的成本,籠子可能并不貴,但畢竟要為此仔細(xì)考慮產(chǎn)線排布,增加產(chǎn)線面積,改變?nèi)藱C(jī)合作方式等,從而影響生產(chǎn)效率。所以最近比較受關(guān)注的工業(yè)機(jī)器人都以能安全地和人一起工作“為榮”,如RethinkRobotics的Baxter,UniversalRobots的PR系列,以及很多傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人巨頭(abb,kuka,Yaskawa等)的半概念半成品的機(jī)器人。而從產(chǎn)業(yè)需求看來,已通過傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人解決了對精度速度重量等自動化需求后,也的確是時候開始滿足人機(jī)安全合作了。
4.易用性
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,同時接收或設(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,三來因為他們的大客戶往往也是傳統(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,重新花大錢培訓(xùn)學(xué)習(xí)。
當(dāng)然在業(yè)界,大家早已思考編程可否做的直觀簡單些,但在傳統(tǒng)廠家中除了一次次地概念性的展示外(如利用外骨骼,3D圖像,虛擬現(xiàn)實,iPhone等等),一直沒什么商業(yè)實用進(jìn)展,以至于大家再聽到“簡易編程”等關(guān)鍵詞都想吐了。
但慶幸地還是有后來者敢于挑戰(zhàn),也從零開始做出成就,并成為被認(rèn)可的賣點。對,說的就是RethinkRobotics和UniversalRobots!這也鮮活地論證了創(chuàng)新者窘境里為什么顛覆性技術(shù)往往不會在領(lǐng)先企業(yè)中成功(盡管他們有足夠的資源),卻總是被后來挑戰(zhàn)者發(fā)揚(yáng)光大。因為領(lǐng)先者在顛覆性技術(shù)上每走遠(yuǎn)一步,就往往離自己的鐵飯碗遠(yuǎn)離一步,內(nèi)外部阻力都很大!
不管怎么,機(jī)器人的易用性開始得到重視,如何能讓人不經(jīng)任何(或過多)培訓(xùn),就能像玩iPhone一樣很快玩轉(zhuǎn)機(jī)器人,已經(jīng)變成大廠商們開始大力投資的方向來。
5.成本
機(jī)器人的成本從小型號的幾萬RMB到大型的上百萬RMB都有。這個成本自然低于高端專業(yè)制造設(shè)備,但也可能會高于國內(nèi)小集成商們拼湊出的自動化方案來。但從一直來西方工業(yè)界及近幾年國內(nèi)制造業(yè)對機(jī)器人的歡迎程度看來,說明機(jī)器人自動化的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢普遍到了一個臨界點,超過了其他替代方案(人工,或?qū)C(jī)),看來這個成本還是值得的。
其實要走傳統(tǒng)機(jī)器人的老路,那硬件成本降低空間不大。工業(yè)機(jī)器人基本是一個開環(huán)的運(yùn)動機(jī)構(gòu),靠的就是電機(jī)和齒輪箱的高精度配合。而大部分領(lǐng)先廠商的這些關(guān)鍵零部件都是從日本幾家廠商那買的,(這也是國內(nèi)公司自己制造的機(jī)器人,買同樣的零部件,也不會便宜多少,因為日本廠商不會為了你這點量給多少折扣)。除非中國零部件制造商能靜下心來,努力追趕上日本人的技術(shù),從而以價格優(yōu)勢打破多年來的壟斷,才能真正促進(jìn)國內(nèi)機(jī)器人廠商的發(fā)展。
另一個就是另辟蹊徑,追求其他技術(shù)和市場。如RethinkRobotics當(dāng)時甚至考慮用塑料的齒輪箱來降低成本,而通過視覺來彌補(bǔ)運(yùn)動精度損失,就像人的眼睛來輔助手的精微操作一樣。但畢竟不能一步登天,所以Baxter機(jī)器人暫時在精度和速度上完全無法與傳統(tǒng)機(jī)器人相比,但在它能處理的物料抓放的應(yīng)用中,卻也足夠了。也許隨著Rethink的努力,會在硬件較差的情況下,通過軟件的智能化彌補(bǔ),來達(dá)到與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人競爭的程度(那就是真顛覆這些傳統(tǒng)大廠商了)。
6.智能性
之所以將智能型放在最后一點,因為相對現(xiàn)在市場對機(jī)器人的主流需求(即強(qiáng),快,準(zhǔn)),它暫時還不是最迫切的。這也體現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)勢(任勞任怨,保質(zhì)保量,是個“干活”的好手)和不足(但很“笨”,老得讓人教)。但不代表智能型不重要,相反企業(yè)已經(jīng)開始做技術(shù)投資了。比如怎么讓機(jī)器人更好的理解人的指揮意圖,相對自主的去理解并規(guī)劃任務(wù),而不需一個點一個點得讓人告訴它怎么走;如何讓機(jī)器人在外圍環(huán)境發(fā)生變化下(光線變暗影響圖像識別,傳送帶上物品有損壞需要特殊處理)自動適應(yīng);如何通過觸覺視覺聽覺等感知判斷零部件的裝配質(zhì)量,等等。
這方面美國人做的比較好(當(dāng)然他們也是避實擊虛,因為傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人硬件上的技術(shù)和市場已基本被日本歐洲企業(yè)統(tǒng)治),ROSIndustrial,RethinkRobotics等都在做有領(lǐng)先的嘗試。
7.人才匱乏
工業(yè)機(jī)器人順應(yīng)時代發(fā)展,行業(yè)前景廣闊,然而,該領(lǐng)域人才供需失衡的矛盾正日益凸顯。一方面是機(jī)器人廠商、系統(tǒng)集成商以及汽車加工制造業(yè)求賢若渴,另一方面是人才供給不足,難以滿足企業(yè)用人需求。
究其原因,主要是相對近年來國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)所表現(xiàn)出來的爆發(fā)性發(fā)展態(tài)勢,高校、職校等培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的課程設(shè)置仍然滯后,盡管一些機(jī)器人廠商提供相關(guān)培訓(xùn),卻存在品牌針對性過強(qiáng),推廣力度不足、配套設(shè)施不足以及培訓(xùn)網(wǎng)點有限等短板,難以達(dá)成系統(tǒng)的教學(xué)流程,尚不能與全國各地求學(xué)者的需要很好地契合,導(dǎo)致眾多有志投身機(jī)器人行業(yè)者求學(xué)無門。
