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人机协作机器人:工业机器人发展新形态
更新时间:2018-07-27 浏览数:
目前,无论是名不见经传的小工厂还是制造业中的巨头,机器换人的序幕都已拉开,工业机器人正在引领企业迈向自动化、智能化的新高度。

其中,人机协作作为一种新型的工作模式,正在逐步改变着制造业企业对转型升级的认知,协作机器人开始走入人们的视野。 

协作机器人(Collaborative Robot),指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人,以下是ISO 10218-2中的定义:robot designed for direct interaction with a human within a defined collaborative workspace.

中小企业(Small and medium-sized enterprises,SMEs)是协作机器人的非常重要的客户群,在传统的工业机器人逐渐取代单调、重复性高、危险性强的工作之时,协作机器人也将会慢慢渗入各个工业领域,与人共同工作。

美国市场研究公司ABIResearch在发布的《协作机器人的市场行情和当前发展状况》研究报告中指出:2015年至2020年期间,协作机器人部门有望增长10倍,从2015年的接近9500万美元升值2020年的超过10亿美元。

麻省理工(MIT)研究员在BMW工厂所做的一项研究显示,人类与协作机器人共同工作,效率会比人或机器单独工作要高,而且能减少85%的工作空闲时间。

英国机器人技术研究公司Shadow Robots的Rich Walker则表示,“能够安全地将机器人从安全防护网中移出、使其与人类合作是业界的一大巨变,这意味着你可以让强大精细的机器人去帮助弱小但技术纯熟的工人。”

那么,是否意味着协作机器人会取代传统工业机器人呢?不免让人心生这样的疑惑。

长期以来,传统工业机器人工作时,出于安全性考虑,企业一般会通过防护网/安全围栏等方式将人类排除在工作区域以外,但是由于生产过程复杂,且机器人与人类的擅长点不同,很多工作单靠机器人或者人来完成结果都不理想。

协作机器人作为一种在一定区域内安全的与人类进行交互的新兴机器人,通过与人类并肩协作的方式来实现高效生产,本质是最大化的发挥人与机器人各自的优势,即让机器人辅助人类去完成那些高精度、高重复性的工作,而人类则解决对柔性、灵活性等要求高的工作。

相比传统工业机器人,协作机器人除了具有安全性高、人机交互等特性以外,还拥有成本低、易于布署、灵活性高等优势。

一台主流场合使用的工业机器人,根据负载能力的不同,售价区间在10w~40w元,另外为了保证重复定位精度等,企业还需要聘请系统集成商根据其生产特点对机器人进行特定的配置和编程,甚至生产线进行整体布局或改造,而这一部分的成本非常高,至少是机器人售价的2~3倍

而且传统机器人在部署(将机器人安装到工厂并正常运行)成本上高,原因有两个:

目前的工业机器人主要负责工厂中重复性的工作,这依赖于其非常高的重复定位精度(重复到达空间某些固定位置的能力,一般机器人可以做到0.02mm以下),以及依赖固定的外界环境。为了保证这一点,除了机器人本身的设计要求之外,还需要待加工的产品放在固定的位置,以便机器人每次都可以到同一个地方准确的拿取或者执行某项操作。对于现代复杂的流水线作业来讲,在整个产线上为每一个使用机器人的工序都设计这些固定的外界环境需要耗费大量的资源,占用大片宝贵的车间面积以及长达数月的实施时间。

除此之外机器人的使用难度较高,只有经过培训的专业人士才能熟练使用机器人完成配置、编程以及维护的工作,普通用户很少具备这样的能力。

协作机器人的灵活性高,体现在企业可以不用因为产品的变化而更换机器人,只需简单编程和训练就能适应下一个工作任务,即使出现机器人故障也能迅速由人或新的机器人来补充;传统工业机器人则重复布署成本高且复杂,而且如果某台机器人发生故障,会影响整个生产线的工作情况。

也正是基于此,协作机器人大大吸引了,资金不太充足的中小型企业;产品具有小批量个性化、更新换代速度快等特点的3C行业;以及对柔性化生产模式要求高的企业等。例如,东风日产引入了FANUC CR-35iA协作机器人,由CR-35iA完成繁重的上下料工作,人则完成检验和贴标工作;在电子行业,由机器人来放置零件,操作人员负责组装等。

尽管与传统工业机器人相比,协作机器有着无可比拟的优势,但也存在一些很明显的缺点。

比如出于安全因素考虑,协作机器人的速度和重量必须被控制在一定范围内,否则极易造成碰撞和损伤,因此协作机器人的速度普遍很慢;而轻便的自重又导致刚性不足,重复定位精度一般比传统机器人要低一个数量级;此外,由于协作机器人体型小巧,负载比较低,一般工作范围只与人的手臂相当,很多场合无法使用。

总结

从目前的机器人技术来看,协作机器人存在与生俱来的速度、精度等方面的不足,并且作为一项新兴领域,由于人才、技术、认可度等多方面的因素,在制造企业还未形成规模性的应用。因此,现在说协作机器人会取代传统工业机器人,为时尚早。

相反,协作机器人是对传统工业器人的补充,也是对人类能力的补充,它填补了全自动化生产线与全手动装配生产线之间的空白,打破了人机分离的格局,推动了工业机器人在更广泛领域的应用,具有巨大的市场潜力。

借用Rethink Baxter的一句宣传语,协作机器人的目标应用场合可以概括为:

Human class,human-scale task in a human environment.

协作机器人最终将变成一个过渡概念,随着技术的发展,未来所有的机器人都应该具备与人类一起安全的协同工作的特性。

本质安全应该是理想机器人的必备且基础的特征。

就像我们现在不再区分黑白电视和彩色电视而统称为电视,不再区分功能机和智能机而统称为手机,未来所有的机器人也将不再区分协作与非协作,而统称为机器人。

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