小巧的運(yùn)輸機(jī)器人在生產(chǎn)線中來回穿梭，會(huì)有人存在疑問：這種機(jī)器人是如何關(guān)系到企業(yè)的靈活生產(chǎn)，又在工業(yè)4.0的意義上如何進(jìn)行工作的呢?

在各種各樣的定義和如同茂密叢林般的各種技術(shù)解決方案中，小型穿梭機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地認(rèn)路這一點(diǎn)已經(jīng)明確：即該機(jī)器人能夠在車間里穿行。這種移動(dòng)式操作裝置是一種如同人一樣靈活的移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，能夠作為人的幫手。該機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置在輪子上，導(dǎo)航不復(fù)雜并且能夠簡單做到，哪里需要，便到哪里去，它還能夠應(yīng)用于檢測帶電的復(fù)合式蓄電池、處理熱的工件并在企業(yè)的小件物流中樹立起自己的良好形象。

在生產(chǎn)中獲得新的自由度

從事過各種各樣移動(dòng)式機(jī)器人研究工作的德國弗勞恩霍夫研究院生產(chǎn)技術(shù)和自動(dòng)化研究所(Fraunhofer–IPA)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和機(jī)器安全認(rèn)證專家TheoJacobs解釋說：“這其中存在著各種各樣的可能性。首先是機(jī)器人可用于運(yùn)輸和貨物分揀作業(yè)，如該移動(dòng)式操作系統(tǒng)可用于夾緊小的工件，也可用于機(jī)床上下料，還可作為安裝作業(yè)的輔助裝置使用，在此，機(jī)器人承擔(dān)一個(gè)具體的作業(yè)步驟，并與工作人員合作進(jìn)行作業(yè)?！边@種被稱作小使者的移動(dòng)式機(jī)器人裝置在生產(chǎn)中獲得了新的自由度。不僅不需要設(shè)置保護(hù)圍欄和在地面上作標(biāo)記，而且還進(jìn)一步突破了一些限制。

圖1因?yàn)橐苿?dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)能夠在工作人員附近工作，所以KUKA公司決定將一個(gè)有人-機(jī)器人-合作能力的機(jī)器人臂與移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行連接機(jī)器人生產(chǎn)廠家St?ubli公司的部門主管GeraldVogt工程師說：“移動(dòng)式機(jī)器人突破了現(xiàn)有的限制，為實(shí)現(xiàn)全新的生產(chǎn)方案開辟了道路?，F(xiàn)在，哪里有需求，機(jī)器人便能發(fā)揮移動(dòng)角色的作用。機(jī)器人能夠移向工件，而不再需要被動(dòng)地將工件送向機(jī)器人。為此，我們能夠高度靈活地使用這些移動(dòng)的‘工人’。例如，為了均衡生產(chǎn)的浮動(dòng)，可安排這些移動(dòng)的‘工人’駛到工廠的手工作業(yè)場地進(jìn)行加班，為夜班作業(yè)的機(jī)床裝配和取出加工工件，也可將其安置在生產(chǎn)線上，以保證生產(chǎn)流程的順暢。”今天，機(jī)器人的任務(wù)已經(jīng)從完成為機(jī)床這樣的簡單物流任務(wù)發(fā)展到完成結(jié)構(gòu)件的加工作業(yè)任務(wù)。

今天，位于德國Augsburg的機(jī)器人生產(chǎn)廠家KUKA公司已將移動(dòng)式機(jī)器人作為生產(chǎn)的行動(dòng)件使用。移動(dòng)式機(jī)器人KMRiiwa(KMR：KUKA移動(dòng)式機(jī)器人技術(shù)裝置)是一個(gè)與靈敏的KUKALBRiiwa輕型機(jī)器人相連接的自主移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)，該作業(yè)平臺(tái)在總裝作業(yè)部位為KRQuantec安裝工位提供生產(chǎn)材料。在日常作業(yè)中，作業(yè)平臺(tái)在分配螺栓、密封環(huán)、螺母以及其他小零件作業(yè)時(shí)更加透明化。在此，由Würth公司提供的Kanban箱在中央庫房預(yù)定生產(chǎn)材料，移動(dòng)式機(jī)器人KMRiiwa按照有規(guī)則的距離有序靈敏地檢驗(yàn)各個(gè)具體的取貨貨架并取出所訂生產(chǎn)材料，然后將這些小件裝進(jìn)箱子。該輕型機(jī)器人抓住箱子，將其送給安裝在自主移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)上的QR(質(zhì)量檢驗(yàn))掃描儀進(jìn)行掃描，這樣，每個(gè)箱子便進(jìn)行了目標(biāo)定位。然后，自主移動(dòng)運(yùn)輸這些箱子，穿過生產(chǎn)車間自動(dòng)化地將其送到工位上。目前，采用移動(dòng)式機(jī)器人裝置的小件物流的應(yīng)用已經(jīng)常見。而迄今為止在緊張的高過作業(yè)人員頭頂?shù)拇蠼Y(jié)構(gòu)件加工作業(yè)中，自主的輔助裝置則更能發(fā)揮它們的強(qiáng)項(xiàng)。

大結(jié)構(gòu)件加工作業(yè)的挑戰(zhàn)

KUKA機(jī)器人有限公司負(fù)責(zé)高級(jí)機(jī)器人應(yīng)用的副總裁AloisBuchstab表示，迄今為止，靈活進(jìn)行大結(jié)構(gòu)件加工給自動(dòng)化行業(yè)提出了重大挑戰(zhàn)?！敖裉欤詣?dòng)化技術(shù)解決方案在很多部門，如造船業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)或是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)仍是受限的。這些部門采用的呆板的自動(dòng)化技術(shù)解決方案所使用的自動(dòng)化裝置外形不緊湊且靈活性不足。因此這些部門工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度便會(huì)很高。如今人們在這些常見的高過作業(yè)人員頭頂?shù)淖鳂I(yè)中，還只是連接一個(gè)能夠覆蓋多個(gè)工作站點(diǎn)的移動(dòng)式系統(tǒng)，而安裝機(jī)器人的方案則受到抑制，迄今為止還缺少適合的技術(shù)解決方案?！闭怯捎谶@些部門對(duì)于移動(dòng)式機(jī)器人的需求，從而在以前沒有使用機(jī)器人的領(lǐng)域開發(fā)出具有靈活性的機(jī)器人設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在飛機(jī)制造業(yè)，可由移動(dòng)式機(jī)器人為飛機(jī)機(jī)體涂抹密封材料或是檢測飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。

那么，移動(dòng)式機(jī)器人如何才能自主地保持移動(dòng)軌跡和不斷根據(jù)變化的生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航呢?瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(ETHZuerich)的機(jī)器人和智能裝置研究所所長兼教授RolandSiegwart博士說：“為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航，必須使用傳感器如激光傳感器或相機(jī)來檢測環(huán)境，自主建立基于環(huán)境的生產(chǎn)規(guī)劃，并且在考慮到動(dòng)態(tài)目標(biāo)的情況下計(jì)算出最佳行駛線路。這對(duì)于人來說看起來簡單，但對(duì)于機(jī)器人來說卻很難?！?/p>

那么，傳感器如何才能夠幫助移動(dòng)式機(jī)器人具有更大的安全性和自主性呢?為此，RobertBosch有限公司研制出移動(dòng)式Apas生產(chǎn)輔助裝置，這是一種自主的生產(chǎn)輔助裝置。該移動(dòng)式Apas生產(chǎn)輔助裝置是為實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作(MRK)而設(shè)計(jì)的，并且已經(jīng)獲得了德國相關(guān)職業(yè)協(xié)會(huì)頒發(fā)的，機(jī)器人在不設(shè)置輔助保護(hù)圍欄的情況下可直接與人合作生產(chǎn)的許可證。該移動(dòng)式Apas生產(chǎn)輔助裝置的一個(gè)特點(diǎn)是，RobertBosch有限公司專門為該Apas生產(chǎn)輔助裝置研制出了傳感器。RobertBosch有限公司Apas生產(chǎn)輔助裝置產(chǎn)品主管WolfgangPomrehn工程師說：“當(dāng)人在機(jī)器人附近的一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，集成在該機(jī)器人臂內(nèi)的具有信息傳輸能力的傳感器便可進(jìn)行識(shí)別，并在機(jī)器人接觸到人之前停止動(dòng)作。而當(dāng)工作人員再次與機(jī)器人之間保持有足夠的距離時(shí)，機(jī)器人便在其之前停止動(dòng)作的準(zhǔn)確位置繼續(xù)開始工作?！盇pas生產(chǎn)輔助裝置有一個(gè)選擇性的附加功能，即可對(duì)一個(gè)專門的應(yīng)用進(jìn)行遙控。這樣，如工作人員不在作業(yè)現(xiàn)場，Apas生產(chǎn)輔助裝置也可以使機(jī)器人的作業(yè)速度靈活進(jìn)行匹配。例如，在Robert公司的工廠里，Apas生產(chǎn)輔助裝置可以為檢測站安置和取下檢測的工件，并可在復(fù)合蓄電池帶電的情況下對(duì)其進(jìn)行檢測。Apas生產(chǎn)輔助裝置裝有快速定位的滾輪，所以，哪里有需要，該Apas生產(chǎn)輔助裝置便可隨時(shí)停在那里。

Omron公司也是一個(gè)在設(shè)備安裝和處理領(lǐng)域?qū)⑹止ぷ鳂I(yè)流程進(jìn)行自動(dòng)化的專家。該公司研制的移動(dòng)式機(jī)器人通過生產(chǎn)線運(yùn)行，并允許進(jìn)行各種生產(chǎn)作業(yè)類型的換裝。它的傳感器使機(jī)器人的視角達(dá)到220°，這樣，該機(jī)器人便可靈活應(yīng)對(duì)固定或移動(dòng)的障礙。將來，移動(dòng)式機(jī)器人也應(yīng)能夠?qū)⒍ㄎ坏能囃献еM(jìn)行定位?！澳壳耙龅竭@一點(diǎn)還比較難。原因是，當(dāng)機(jī)器人遇到的一個(gè)障礙是，它必須能夠在其位置上轉(zhuǎn)動(dòng)?！边@目前還具體涉及到船隊(duì)式倉庫地面運(yùn)輸車的管理軟件和進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的問題。當(dāng)前軟件只能對(duì)生產(chǎn)線的狀況作出反應(yīng)，因此機(jī)器人必須等待設(shè)計(jì)軟件的反饋?！?/p>

具有前瞻性的機(jī)器人

在下一代的人機(jī)合作(MRK)中，程序應(yīng)更加集成化，這樣，設(shè)計(jì)軟件便能夠提前計(jì)算這些步驟，使得車輛能夠依據(jù)要求定位，也就是車輛為了結(jié)束某項(xiàng)作業(yè)而停在那里。BrunoAdam接著說：“這樣會(huì)進(jìn)一步提高生產(chǎn)力并延長移動(dòng)式機(jī)器人的使用時(shí)間?！?/p>

提到作業(yè)時(shí)間這個(gè)關(guān)鍵詞，不僅涉及到優(yōu)化和前瞻性的定位，而且也涉及到儲(chǔ)能。RobertBosch有限公司的Apas生產(chǎn)輔助裝置產(chǎn)品主管WolfgangPomrehn工程師說：“移動(dòng)式平臺(tái)上的最大挑戰(zhàn)是，其必須為生產(chǎn)而自主運(yùn)動(dòng)，必須確保能量的供應(yīng)和安全性。而實(shí)際上，當(dāng)機(jī)器人擁有自己的能量供應(yīng)、不需要總是不斷地到充電處進(jìn)行充電時(shí)，才能真正做到自主移動(dòng)，必須使機(jī)器人的供能方案能夠與其作業(yè)的任務(wù)相匹配。”此外，自主的機(jī)器人需要能夠?qū)σ苿?dòng)著的障礙作出靈活反應(yīng)的導(dǎo)航系統(tǒng)，即一個(gè)全面的安全方案。

圖2機(jī)器人生產(chǎn)廠家St?ubli公司研制的移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)Helmo既能高速度地以最高精度全自動(dòng)化地完成工作任務(wù)，也可在工作人員需要時(shí)在工作人員的一側(cè)與工作人員合作作業(yè)

下一個(gè)關(guān)鍵詞是要在自主導(dǎo)航機(jī)器人滾動(dòng)通過生產(chǎn)作業(yè)前，必須首先要弄清楚的問題。德國弗勞恩霍夫研究院生產(chǎn)技術(shù)和自動(dòng)化研究所(Fraunhofer–IPA)的TheoJacobs補(bǔ)充說：“為了能夠使移動(dòng)機(jī)器人安全可靠地作出反應(yīng)，必須要確保避免與人的沖撞。同時(shí)，其安全性必須要這樣進(jìn)行設(shè)置，機(jī)器人要能夠與人之間保持短的距離，以方便機(jī)器人和人共同利用一個(gè)作業(yè)空間。為此，一方面裝置必須小而輕，另一方面還必須擁有適應(yīng)人的機(jī)制，例如，安全減速和在作業(yè)空間之間要進(jìn)行換接?！?/p>

符合現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)

從安全的觀點(diǎn)上來看，當(dāng)前自主移動(dòng)式機(jī)器人已被接受。那么還應(yīng)該做什么呢?KUKA公司的Buchstab解釋說：“最佳化的需求是要符合現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化導(dǎo)航車輛(AGV)應(yīng)用早已存在，但是，一旦機(jī)器人在這一平臺(tái)移動(dòng)，我們便涉足了一個(gè)新的領(lǐng)域?！钡聡斯ぶ悄苎芯恐行?DFKI)發(fā)言人RheinhardKarger認(rèn)為，這還存在著進(jìn)一步優(yōu)化的必要性。他表示，“在人和機(jī)器人的合作中，一個(gè)重要的任務(wù)是要找到正確組織人和機(jī)器人之間團(tuán)隊(duì)作業(yè)的方法，這樣人和人工智能才能最佳地相互作用。在一個(gè)正確的時(shí)間點(diǎn)送達(dá)目標(biāo)物，并且能夠很好將其轉(zhuǎn)交給工人。因?yàn)槿藢?duì)工作結(jié)果有一個(gè)設(shè)想機(jī)制，并且能夠很好地控制調(diào)整具體作業(yè)步驟和過程，而機(jī)器人則需要一個(gè)動(dòng)力性的進(jìn)展規(guī)劃，以便能夠確保一個(gè)具體作業(yè)步驟在一個(gè)正確的時(shí)間點(diǎn)將一個(gè)正確的工具以正確的速度和角度送達(dá)。”

圖3rob＠work3機(jī)器人連接一個(gè)移動(dòng)式平臺(tái)和一個(gè)集成了機(jī)器人的模塊化控制系統(tǒng)，通過可使用的開放接口和基礎(chǔ)功能，可在生產(chǎn)中進(jìn)行有效且靈活的應(yīng)用，此圖是ABB公司研發(fā)的人-機(jī)器人-合作式的雙臂機(jī)器人Yumi

目前，德國人工智能研究中心的研究人員正在進(jìn)行被稱作是面向未來的Mixed-Reality技術(shù)解決方案的研究。在此，工作中的機(jī)器人與它們的同事在不同的地點(diǎn)共同靈活地完成作業(yè)任務(wù)。例如，借助于Mixed-Reality系統(tǒng)，他們可以通過一個(gè)微軟HoloLens在一個(gè)三維虛擬情景中來實(shí)時(shí)地操作控制目標(biāo)物體。工作人員能夠用機(jī)器人進(jìn)行集成，這樣，便能夠看到虛擬顯現(xiàn)的目標(biāo)物體，并能夠用一個(gè)動(dòng)作來釋放他所希望的行動(dòng)。這就是說，人在某一個(gè)現(xiàn)實(shí)地點(diǎn)的控制或動(dòng)作能夠觸發(fā)在另一個(gè)實(shí)際地點(diǎn)的機(jī)器人的直接行動(dòng)。

MTRobot公司的經(jīng)理AndreasDrost表示：“我們認(rèn)為，這一步實(shí)現(xiàn)的快慢取決于下列因素：對(duì)環(huán)境的把握、數(shù)據(jù)的加工處理、一個(gè)安全系統(tǒng)以及大部分工作人員的認(rèn)可?！盞UKA公司的Buchstab表示，在此，數(shù)據(jù)也是一個(gè)決定性的因素,機(jī)器人能夠自己評(píng)估數(shù)據(jù)，這樣機(jī)器人便能夠從中學(xué)習(xí)并且能夠更加自主?！盀榱四軌?qū)崿F(xiàn)這樣不同種類的個(gè)性化應(yīng)用，如聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)就顯得越來越重要。今后我們只有通過與安全的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)最佳化地聯(lián)網(wǎng)，才能夠在正確的時(shí)間、正確的地點(diǎn)生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品?！?/p>

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