電氣工程師判斷工業(yè)機(jī)器人優(yōu)劣的基本法則

　　隨著人口紅利逐步消失，我國(guó)已成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。根據(jù)工信部消息，到2020年，我國(guó)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(chǎng)占有率達(dá)到45%以上。目前，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的使用主要集中在汽車(chē)工業(yè)和電子電氣工業(yè)、弧焊機(jī)器人、點(diǎn)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，談?wù)劰I(yè)機(jī)器人當(dāng)前的優(yōu)劣勢(shì)。

　　1.通用性

　　工業(yè)機(jī)器人可編程，支持多自由度運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)用較靈活。雖然不及人類，但相對(duì)于很多工業(yè)自動(dòng)化常見(jiàn)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(dòng)不太大時(shí)，是可以通過(guò)機(jī)器人重新編程來(lái)滿足新的需求，而無(wú)需在硬件上再做大量投資。但相應(yīng)的，它的相對(duì)不足會(huì)是效率。畢竟專機(jī)是為一個(gè)應(yīng)用定制的，因此雖犧牲通用性但實(shí)現(xiàn)了效率優(yōu)化，在產(chǎn)量這個(gè)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(dòng)精度(指重復(fù)運(yùn)動(dòng)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(píng)果手機(jī)上一些“瘋狂”的加工要求，但對(duì)絕大部分的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，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(lái)(如激光焊接或切割，曾需要專門(mén)的高精度設(shè)備來(lái)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(dòng)來(lái)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?yàn)樗鼘?shí)在危險(xiǎn)(想象一個(gè)抓著幾十或幾百公斤的家伙以四米每秒的速度甩著，誰(shuí)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(huì)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(huì)“傻傻”得照著人類編好的程序日復(fù)一日的動(dòng)著，除非有外部信號(hào)告訴它停止。所以常見(jiàn)的方案就是為機(jī)器人配備籠子，當(dāng)籠子門(mén)打開(kāi)時(shí)，機(jī)器人收到信號(hào)便自動(dòng)暫停。對(duì)安全的考慮，自然給機(jī)器人集成帶來(lái)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(lái)，已通過(guò)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人解決了對(duì)精度速度重量等自動(dòng)化需求后，也的確是時(shí)候開(kāi)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(gè)個(gè)的路徑點(diǎn)，同時(shí)接收或設(shè)置外圍的I/O信號(hào)(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(guò)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(yǔ)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(gè)成本開(kāi)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(lái)工業(yè)機(jī)器人四十年前就開(kāi)始規(guī)?；隽?，那時(shí)還沒(méi)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(lái)萌芽階段自家技術(shù)難免會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不同，維護(hù)一個(gè)編程方式也無(wú)可厚非，三來(lái)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(chē)廠商，這些客戶求穩(wěn)，自然不希望你機(jī)器人過(guò)幾年就趕個(gè)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(qián)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(jiǎn)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(shí)，iPhone等等)，一直沒(méi)什么商業(yè)實(shí)用進(jìn)展，以至于大家再聽(tīng)到“簡(jiǎn)易編程”等關(guān)鍵詞都想吐了。