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机器人形态各异的分类bobty及应用方向

bobty说起机器人,很多人脑海中都会有一个像人一样长的机器,但其实广义上的机器人有很多种形式,人形机器人只是其中一种。各种形式在我们的日常生活中扮演着非常重要的角色机械人制作,例如生产线上的机械臂、无人驾驶车辆、无人机、扫地机器人、娱乐机器人、仿生机器人等等。如下图:

机器人形态各异的分类bobty及应用方向

这么多不同的机器人如何分类?根据国际机器人联合会的分类,机器人一般分为工业机器人和服务机器人。当然,这样的分类也泛指随着机器人和人工智能技术的发展,机器人的形态越来越多样化,人与机器的联系越来越紧密。按照这个定义,其实很难对这么多种类型的机器人进行比较。明确分类。

bobty机器人形态各异的分类bobty及应用方向

因此,我根据具体用途将机器人细分为以下几个方向:

本文从最古老的机器人用途开始:制造。其他类型机器人请关注后续文章。

bobty制造机器人的历史

生产中使用的第一台机器人是Unimation于1956年生产的,功能非常简单,无法编程。它只能通过预设机械臂的角度来操作。此后,以欧美、日本为首的机器人浪潮席卷全球。第一台可编程商用工业机器人由瑞典ABB公司于1974年1月研制,是世界上第一台微处理器控制的机器人,并已批量生产。之后在生产车间大规模使用机器人,可以替代大量人力,降低运营成本,从而实现标准化生产,提高生产效率和产品良率。目前,世界上著名的制造机器人有四大家族,分别是日本的FANUC、安川电机、瑞典的ABB、德国的KUKA(被美的收购)。其中发那科和库卡主要应用于汽车行业; ABB主要用于电气电子和物流搬运,安川电机主要用于电机和逆变器行业。

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机器人在制造业中最广为人知的应用是汽车行业,美国60%以上的工业机器人用于汽车行业。下面以汽车制造机器人为例进行介绍。

制造机器人的优势与问题

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在汽车制造领域,机器人一般以各种机械臂的形式出现。这些机械臂在汽车制造中主要扮演装配工、操作工、焊工的角色,主要用于装配、焊接、涂胶、弧焊、喷涂等。汽车制造业对机器人的需求非常刚硬,主要有以下几个原因:

当然机械人制作,任何事物都有两个方面,做机器人也不是没有缺点。目前制造机器人存在的主要问题如下:

第一个问题是部署成本高,通常由系统集成商完成。这里需要解释一下系统集成商的概念,因为以机器人和自动化设备为主的生产线本身就是一个系统工程。大多数工厂客户没有这样的能力,所以需要一个第三方角色来完成安装、编程、调试等,这个第三方被称为系统集成商(System Integrator)。

建设机器人生产线,其实机器人本身的价格只占很小的一部分,相当一部分是部署成本。可以占到整个成本的一半以上。为什么?

使用上面的例子,原因如下:汽车行业的制造机器人对定位精度的要求非常高。除了机器人本身,除了保证高标准的设计要求外,要加工的产品还必须准确地放置在一个固定的位置上,使机器人每次都能到同一个地方,准确地执行某个动作。对于现代和复杂的流水线操作,这需要非常仔细的设计和施工,通常需要几个月的时间来实施和调试。此外,只有经过培训的专业人员才能熟练地进行组装、编程和维护。所以部署成本会上升。

第二个问题是更换成本高。每条生产线上的大部分机械臂都是针对特定功能而设计的机械人制作,如果使用了一段时间,需要改变生产需求,就需要重新设计和部署。例如,汽车制造机器人的控制系统和工装夹具是为某车型的生产线定制的。如果模型重新设计,则需要重新设计工装、夹具和加工线,然后重新部署机械臂和培训工人。这个过程通常需要几个月甚至更长的时间。

第三个问题是空间利用率低。传统工业制造中使用的机械臂一旦固定下来,这个空间就只能在正常情况下专门给它了。从安装到报废,这个地方都是自己的,不能重复使用。

说到这里,有些读者会有疑问:如果造车机器人问题这么多机械人制作,为什么汽车制造商还在大量使用?

事实上,对于汽车制造业来说,生产周期普遍较长,单价较高。一旦布置了一条加工线,机器人的部署通常会在几年内保持不变。因此,在这段时间里,即使实行柔性生产,只需要调整工装夹具,加工线基本不会有太大变化,可以最大限度地发挥机器人标准化和高效率的优势。据统计,2016年汽车行业占全球机器人出货量的40%以上。

制造机器人面临的新挑战

目前,中国的人口红利正在逐渐消失。过去,劳动力成本低,劳动密集型行业还能过得好。目前机械人制作,企业生产线用人成本逐渐增加,年轻人越来越不愿意做这种重复性的工作,也不愿意加班。对成本敏感的中小企业在这方面尤其受到重视。

此外,近年来随着3C等新兴产业的发展,手机、平板、可穿戴设备等消费电子产品的更新换代速度非常快。基本上,生命周期只有一两年,甚至只有几个月。 .

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如果采用传统的机器人方案,投入大量资源,耗时数月打造的生产线可能甚至无法收回零头成本,生产出来的产品应该退出市场。但是,如果要改造生产线,投入巨大的资源是不可接受的。

因此,相对于上述部署成本高、空间占用大、升级难等问题,3C行业对短周期、定制化、低成本的工业机器人需求旺盛。

有什么解决办法吗?

新趋势:协作机器人

传统工业制造机器人无法满足中小企业、3C等新兴市场的短周期、定制化、协同化需求。因此,出现了更灵活、智能、能与人合作的协作机器人。

说到协作机器人,最著名的是 Rethink Robotics。公司发布全球第一台协作机器人,旗下两款机器人Baxter和Sawyer开创了协作工业机器人的新纪元。

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百特是第一代协作机器人,主要用于小批量、多品种的生产任务,如生产线上的送料、机器操作、包装和物料搬运。它有一个非常有趣的功能,就是可以通过显示屏上表情的变化来了解机器人当前的运行情况。如果一切顺利,它会微笑,如果出现问题,它会皱眉,如果他对你的输入感到困惑,它会扬起眉毛。如果它想从你手里拿东西,他的眼睛会先看向你的方向,然后才会“拿东西”。下图是 Baxter 的表情变化反映了机器人的“情绪”。

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Baxter 类人的情感设计使其能够在实际应用中更好地与人类合作。而且,百特还配备了力传感器,因此它的运动更温和,在发生碰撞时,可以在短时间内迅速降低冲击力,将安全风险降到最低。这与我们通常在工厂中看到的非常笨重、冰冷的机械臂非常不同。然而,百特也有许多缺点。例如,出于安全原因,百特的最后一根臂由塑料制成。因此,在精度和额定负载方面难以满足传统工业机器人的应用标准。为了弥补这一缺陷,Rethink Robotics 于 2015 年初发布了其第二款协作机器人 Sawyer。

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Sawyer 最大的亮点在于其类人的自学习能力。例如,你想让机器人完成从 A 到 B 的移动,在 B 点抓一个水杯,你只需要“教”一次,即你只需要用你的手把机器人手臂拖到 B 点。手,举起机械钳,帮它抓住水杯,点击结束教学。就像我们教孩子“手拉手”走路一样。整个演示的路径也由机器人程序自动记录,并通过路径规划,不断进行优化,最终找到最优路径。然后它就可以按照这个路径自行完成这个操作了。

此外,Sawyer的头顶和手臂上都有摄像头,可以利用计算机视觉技术实现机器人视觉定位。

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该技术可以使机器人适应不断变化的现实世界(如被击打后移动的工作台、被移动的设备等),帮助机器人即使在受到撞击后也能准确工作。表、工作台等的变化。通过使用环境标记(地标),结合其嵌入式视觉系统,机器人能够识别标记的原始位置,当这些位置发生轻微变化时,它可以观察到新位置的方位变化并相应调整其方位运动的。它可以识别 X、Y 和角度旋转的变化。

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工业4.0时代,面对“多单、小批量”的柔性生产模式,机器人编程调试的变化频率将会增加。 Sawyer 配备了软件交互平台 Intera。在这个平台上,代码嵌入在每个图形模块中。设计人员可以创建新程序,以类似拼图的方式对其进行修改和调试,并快速监控机器人的工作。

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协作机器人体积小、灵活性高、使用方便,能满足多品种小批量生产的需要。可用于小家电、电子玩具等短周期生产线,为客户节省空间、降低成本。可以根据客户需求灵活改变人机之间的工作分担,更愉快地实现人机协作。应用前景十分广阔。

本文首发于公众号:计算机视觉生活。原文:制造机器人的现状与发展趋势

bobty这是关于制造机器人的。后续公众号将持续推出特种行业机器人、救援巡查机器人、仿生机器人等,敬请期待。

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