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    關(guān)注中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先行者!
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    探討:工業(yè)機(jī)器人的未來(lái)
    • 點(diǎn)擊數(shù):3795     發(fā)布時(shí)間:2019-09-12 11:44:00
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    作為實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵技術(shù),中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)在保持多年高速增長(zhǎng)之后,迎來(lái)了銷(xiāo)量拐點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)與國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)初步匯總結(jié)果,2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)累計(jì)銷(xiāo)售13.5萬(wàn)臺(tái),同比下降3.75%,市場(chǎng)銷(xiāo)量首次出現(xiàn)同比下降。
    關(guān)鍵詞:

    作為實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵技術(shù),中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)在保持多年高速增長(zhǎng)之后,迎來(lái)了銷(xiāo)量拐點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)與國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)初步匯總結(jié)果,2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)累計(jì)銷(xiāo)售13.5萬(wàn)臺(tái),同比下降3.75%,市場(chǎng)銷(xiāo)量首次出現(xiàn)同比下降。

    中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)銷(xiāo)量為何會(huì)出現(xiàn)下滑?工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)?有哪些關(guān)鍵技術(shù)需要突破?本期專(zhuān)題策劃分享多位專(zhuān)家對(duì)于工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展的見(jiàn)解。

    于海斌:機(jī)器人是未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智能終端

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    中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所所長(zhǎng)于海斌

    像機(jī)器人這樣一個(gè)萬(wàn)億美元的市場(chǎng),日后一定會(huì)走進(jìn)我們生活的各個(gè)方面。但是機(jī)器人每到一個(gè)新的環(huán)境,要做到與物理環(huán)境的深度融合,依舊面臨很大的挑戰(zhàn)。機(jī)器人對(duì)非結(jié)構(gòu)環(huán)境的認(rèn)知能力還有很大的提升空間。所以,在機(jī)器人編程、環(huán)境感知和人機(jī)交互方面仍存在一些挑戰(zhàn)。

    從機(jī)器人發(fā)展的五十年歷程來(lái)看,從第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn),到大批量進(jìn)入制造業(yè)進(jìn)行多樣化地應(yīng)用,及至未來(lái)大批量地進(jìn)入家庭,呈現(xiàn)的是爆發(fā)性增長(zhǎng)。但是這些機(jī)器人都是機(jī)器人的單體,并沒(méi)有和基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)聯(lián)起來(lái)。我們?cè)O(shè)想一下,在信息時(shí)代,改變?nèi)祟?lèi)社會(huì)的產(chǎn)品,哪一樣能夠做到家喻戶(hù)曉、路人皆知但不和基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)接起來(lái)呢?汽車(chē)到處都有,它有一個(gè)強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施支撐;手機(jī)現(xiàn)在無(wú)處不在,它有一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支撐。因此,機(jī)器人作為智能終端,與信息基礎(chǔ)設(shè)施相連,將會(huì)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

    機(jī)器人互聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人的基礎(chǔ)上,從機(jī)器人應(yīng)用和推廣或者技術(shù)需求的角度來(lái)提出來(lái)的。所以其核心問(wèn)題是“兩個(gè)互聯(lián)”:一個(gè)是水平的互聯(lián),一個(gè)是縱向的互聯(lián)。水平互聯(lián)就是機(jī)器人和機(jī)器人之間的協(xié)作。機(jī)床和機(jī)器人有挺大的區(qū)別,機(jī)器人能夠移動(dòng)和自主認(rèn)知環(huán)境,機(jī)床聯(lián)網(wǎng)做運(yùn)動(dòng)控制的時(shí)候?qū)讉€(gè)軸之間的協(xié)同精度要求非常高,但畢竟是在一個(gè)有限工作空間下。如果機(jī)器人要在跨地域或者可移動(dòng)的未知環(huán)境下做到協(xié)同的話,現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性很難滿(mǎn)足要求,因?yàn)樾枰鄠€(gè)維度的協(xié)同保證精度才能搞出一個(gè)確定的軌跡。

    機(jī)器人互聯(lián)網(wǎng)的概念。它的內(nèi)涵應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、物理過(guò)程、信息和人之間的橫向和縱向的兩個(gè)融合。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是基于已有的技術(shù),但是要對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行提升和改造。特別是現(xiàn)在5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái),5G和4G最大的區(qū)別是在面向各個(gè)領(lǐng)域定制了自己的很多標(biāo)準(zhǔn)和要求。機(jī)器人互聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看是借助機(jī)器人促進(jìn)信息物理深度融合,從機(jī)器人的角度來(lái)看是借助互聯(lián)網(wǎng)的資源擴(kuò)充本身的能力。

    機(jī)器人互聯(lián)網(wǎng)目前的應(yīng)用落地依然存在許多挑戰(zhàn)。重點(diǎn)體現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面:第一是無(wú)縫集成,基礎(chǔ)技術(shù)有挑戰(zhàn),特別是在離散制造業(yè),如何構(gòu)建機(jī)器人無(wú)線協(xié)作網(wǎng)絡(luò),滿(mǎn)足高速互聯(lián)、高并發(fā)接入、高精度時(shí)間同步的要求。離散制造目前的指標(biāo)很難達(dá)到,即使達(dá)到了這樣的指標(biāo),離散制造的指標(biāo)拿到機(jī)器人的高速高密度運(yùn)動(dòng)的環(huán)境下還不能完全滿(mǎn)足要求。協(xié)作提供邊緣計(jì)算資源,成為了下一步這個(gè)平臺(tái)的背景下也蘊(yùn)含著非常多的基

    在計(jì)算方面,首先,計(jì)算任務(wù)遷移到云端難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。另外,本地的資源受限,無(wú)法處理那么多復(fù)雜的計(jì)算。因此,如何為機(jī)器人高效互聯(lián)協(xié)作提供邊緣計(jì)算資源,成為了下一步工作重點(diǎn)。

    對(duì)于未來(lái)發(fā)展,機(jī)器人要能夠更廣泛普及地走到未來(lái),我們?cè)诨A(chǔ)設(shè)施、基礎(chǔ)平臺(tái)上還是面臨許多挑戰(zhàn)。當(dāng)然,這個(gè)平臺(tái)的背景下也蘊(yùn)含著非常多的基礎(chǔ)問(wèn)題,總之,機(jī)器人發(fā)展要與信息技術(shù)深度融合,是未來(lái)值得關(guān)注的主要方向之一。

    李立軍:破局高端機(jī)器人發(fā)展

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    寧波慈星股份有限公司董事/副總經(jīng)理李立軍

    2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)出現(xiàn)了明顯的下滑,2019年的情況也不樂(lè)觀,主要原因是占工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用量最大的兩個(gè)行業(yè)——汽車(chē)和3C行業(yè)出現(xiàn)了較大幅度的負(fù)增長(zhǎng)。工業(yè)機(jī)器人本身只是一個(gè)通用的工具,在應(yīng)用層面必須結(jié)合工作對(duì)象和工藝進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),受目前的技術(shù)和成本制約,普通的工業(yè)機(jī)器人比較適合從事確定的重復(fù)性工作,而對(duì)于更廣泛存在的小批量、多批次、柔性或低精度工作對(duì)象的自動(dòng)化生產(chǎn)仍存在巨大瓶頸。

    目前國(guó)內(nèi)有100多家工業(yè)機(jī)器人本體生產(chǎn)商,20多家控制系統(tǒng)解決方案商,以及面向各行各業(yè)的1000多家系統(tǒng)集成商,用的最多的是六軸關(guān)節(jié)臂機(jī)器人和四軸SCARA機(jī)器人,通過(guò)“機(jī)器換人”來(lái)減少工人在生產(chǎn)線上的重復(fù)勞動(dòng)。但是,由于每家用戶(hù)的需求都不一樣,這樣的自動(dòng)化項(xiàng)目基本都是非標(biāo)的,首臺(tái)套的研發(fā)投入很大,終端用戶(hù)覺(jué)得貴,難于達(dá)到預(yù)期的投資回報(bào)率。事實(shí)上,在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,單臺(tái)機(jī)器人在柔性工作能力方面還是很難與一個(gè)熟練工人相抗衡的。

    當(dāng)然,如果從建設(shè)數(shù)字化工廠的高度來(lái)考量,工業(yè)機(jī)器人的合理應(yīng)用是能大大提升整體效率的,尤其是把工業(yè)機(jī)器人和其它的一些自動(dòng)化裝置和設(shè)備配合使用,并把“好鋼”(工業(yè)機(jī)器人)用在“刀刃上”是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

    制造業(yè)仍是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),國(guó)家層面近幾年以來(lái)一直在倡導(dǎo)“智能制造”,通過(guò)智能技術(shù)來(lái)提升傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是一個(gè)明確的方向和趨勢(shì),工業(yè)機(jī)器人作為“智能制造”環(huán)節(jié)里面一個(gè)重要的載體確實(shí)很重要,工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化有很大的現(xiàn)實(shí)意義。但到目前為止,高端制造領(lǐng)域所應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人超過(guò)70%源自進(jìn)口品牌,特別是發(fā)那科、ABB、庫(kù)卡和安川這四個(gè)海外品牌,國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人雖然在各地政府多項(xiàng)扶持政策的推動(dòng)下,像雨后春筍一樣遍地叢生,但其中大部分產(chǎn)品無(wú)論在性能、壽命,還是穩(wěn)定性和可靠性方面都不盡人意,導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)通用型工業(yè)機(jī)器人在口碑、售后成本和技術(shù)含量上均未實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破。如何破局?筆者與業(yè)內(nèi)多位專(zhuān)家交流后整理了如下幾點(diǎn)供參考:

    (1)建議國(guó)家對(duì)機(jī)器人本體及控制器兩方面都具備底層研發(fā)能力的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)支持。機(jī)器人技術(shù)的難點(diǎn)就在于其是跨學(xué)科的研究,涉及機(jī)械、材料、工藝、控制、軟件、應(yīng)用技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域,現(xiàn)在很多“湊熱鬧”的機(jī)器人公司通過(guò)“掐頭去尾”來(lái)獲得各項(xiàng)政府補(bǔ)貼,卻并不能解決工廠的實(shí)際問(wèn)題,這樣的公司與真正有技術(shù)含量的國(guó)產(chǎn)機(jī)器人公司形成惡性競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,最終導(dǎo)致“劣幣驅(qū)逐良幣”,產(chǎn)業(yè)進(jìn)步遲滯不前。

    (2)鼓勵(lì)定制化工業(yè)機(jī)器人的創(chuàng)新研究和開(kāi)發(fā),比如日本首先研發(fā)的SCARA機(jī)器人,其誕生是為了解決日本80年代日益增長(zhǎng)的電子產(chǎn)品行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)需求,而很多中國(guó)機(jī)器人企業(yè)只是簡(jiǎn)單的“拿來(lái)主義”,把海外產(chǎn)品拿來(lái)照搬照抄,常常知其然而不知其所以然。事實(shí)上,中國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景和需求非常多樣化,是日美的上千倍,而且國(guó)內(nèi)也有一批真正沉下心做研究的企業(yè)掌握了一些有中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用特色的技術(shù),比如非常有市場(chǎng)潛力的多機(jī)多軸高精度同步控制技術(shù),這樣的企業(yè)可以深挖行業(yè)需求,開(kāi)發(fā)面向具體行業(yè)的特種機(jī)器人,這樣的市場(chǎng)相當(dāng)大,沒(méi)必要去作同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng),陷入通用型機(jī)器人開(kāi)發(fā)的陷阱。

    (3)推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用軟件與機(jī)器人的融合。大家知道工業(yè)機(jī)器人“四大家族”背后其實(shí)不單單只是賣(mài)一個(gè)工業(yè)機(jī)器人本體,這四家企業(yè)都開(kāi)發(fā)了強(qiáng)大的工業(yè)應(yīng)用和調(diào)試軟件,這是目前國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人非常欠缺的,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人剛剛跨過(guò)“有點(diǎn)好用”這個(gè)門(mén)檻,在易用性方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)際平均水平,很難讓全世界的機(jī)器人用戶(hù)們喜歡上我們國(guó)產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人。在互聯(lián)網(wǎng)方面,中國(guó)有阿里和騰訊這樣的領(lǐng)先企業(yè),走在了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的前列,而未來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,中國(guó)一定也會(huì)出現(xiàn)這樣的企業(yè),他們的產(chǎn)品和技術(shù)讓工業(yè)機(jī)器人使用更方便,人機(jī)交互更友好,用戶(hù)體驗(yàn)更完美。

    (4)在一般工業(yè)領(lǐng)域,“機(jī)器換人”已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì),尤其是在產(chǎn)品批量較大的汽車(chē)和3C行業(yè),但是在小批量、多批次生產(chǎn)的場(chǎng)景下,普通的工業(yè)機(jī)器人已難于適應(yīng),頻繁而繁瑣的機(jī)器人示教和編程工作大大降低了工廠和車(chē)間的運(yùn)作效率,新增的機(jī)器人應(yīng)用工程師崗位也增加了維運(yùn)成本,而機(jī)器視覺(jué),特別是3D視覺(jué)技術(shù)的導(dǎo)入可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題,通過(guò)將機(jī)器視覺(jué)和工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行融合,可以更好地適應(yīng)柔性制造的場(chǎng)景。

    楊桂林:協(xié)作機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展望

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    中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高級(jí)研究員楊桂林

    協(xié)作機(jī)器人已成為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速,市場(chǎng)應(yīng)用最為廣闊的一類(lèi)機(jī)器人,而協(xié)作機(jī)器人的柔順運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)安全、高效的人機(jī)協(xié)作至關(guān)重要。

    從安全防護(hù)網(wǎng)走出來(lái)的協(xié)作機(jī)器人,正在逐步融入人類(lèi)的生產(chǎn)和生活環(huán)境,也必將與人類(lèi)實(shí)現(xiàn)安全、高效、緊密的交互與協(xié)作。未來(lái)等待協(xié)作機(jī)器人的將是更加多樣化的工作任務(wù)和更加復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境,這對(duì)其柔順運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)提出了更高的要求。因此,協(xié)作機(jī)器人的柔順運(yùn)動(dòng)控制方法需要不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,主要將呈現(xiàn)以下幾方面發(fā)展趨勢(shì)。

    (1)通過(guò)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提高協(xié)作機(jī)器人的安全性和柔順運(yùn)動(dòng)控制性能。例如:創(chuàng)新設(shè)計(jì)可變阻抗的雙定子力矩電機(jī),或是在驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)中引入輕質(zhì)高效的變阻抗/剛度裝置,并基于變阻抗/剛度驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)相應(yīng)的柔順運(yùn)動(dòng)控制器。通過(guò)關(guān)節(jié)本體的變阻抗/剛度特性和變阻抗控制算法的有機(jī)結(jié)合,可望顯著提高協(xié)作機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)控制性能。

    (2)采用理論模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型相結(jié)合提高協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模精度。精確的動(dòng)力學(xué)模型一方面能夠有效地提高協(xié)作機(jī)器人的軌跡跟蹤和力控制精度,另一方面便于控制器優(yōu)化和控制性能分析,從而有助于提高協(xié)作機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)控制性能。

    (3)建立協(xié)作機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)性能的分析評(píng)價(jià)方法,為柔順運(yùn)動(dòng)控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。一方面需研究能夠表征機(jī)器人系統(tǒng)柔順運(yùn)動(dòng)控制性能的指標(biāo);另一方面是研究機(jī)器人控制系統(tǒng)中各因素對(duì)柔順控制性能(如穩(wěn)定性、魯棒性、控制精度)影響的分析方法,如驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)特性、摩擦力、采樣時(shí)間延遲、動(dòng)力學(xué)模型誤差和交互環(huán)境不確定性等。

    (4)采用三維視覺(jué)技術(shù)與力感知技術(shù)相結(jié)合,提高對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和人類(lèi)行為的感知認(rèn)知能力。通過(guò)信息融合技術(shù)和人工智能技術(shù)的引入,既可以提高對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境建模的可靠性和精度,又能夠?qū)θ祟?lèi)的動(dòng)作和行為進(jìn)行認(rèn)知與預(yù)測(cè),有助于對(duì)柔順運(yùn)動(dòng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化選擇,也有助于協(xié)作機(jī)器人期望阻抗參數(shù)的智能化調(diào)整,從而使協(xié)作機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境并完成與人協(xié)作任務(wù)。

    于海斌:機(jī)器人是未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智能終端

    李立軍:破局高端機(jī)器人發(fā)展

    楊桂林:協(xié)作機(jī)器人柔順運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展望


    摘自《自動(dòng)化博覽》2019年9月刊


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