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Robot自主移动机器人到穿过建筑物的飞行无人机。”这是布法罗制造厂要引入协作机器人的想法。Malloy说“我们研究了我们整个业务的方方面面看看哪里能产生最大的影响我们有一支很好的领导团队非常喜欢说我们在这个行业是新的我们想产生影响我们想在这里工作的每个人都做得好我们想让大家的工作令人兴奋、有趣和舒适所以我们愿意去探索。这是一家公司的好处它在技术和社交方面都非常强大。”Bak USA的社会使命是他们所做的一切背后。他们希望减轻技术人员的人机工程学挑战同时提高生产效率使他们能够继续为年轻人和员工制造高质量价格合理的电子产品。Malloy解释道“你可以想象一下整天的工作都是跟电子产品上的微小螺丝打交道试图用手指拿着它们放在螺丝刀的顶端并放到合适的位置上拧紧。这是整个流程中非常困难的一部分。”Kawasaki duAro双臂SCARA机器人可以轻松完成这道工序经过几个月的测试后该系统现已全面投入生产。生产过程还包括围绕机器人而坐的技术人员。每个技术人员在自己的工作站内从头到尾构建一个计算机设备。当设备准备好螺钉时技术人员启动一个快速过程将设备穿梭至机器人。机器人将螺钉插入并将其拧紧然后将设备送回技术人员手上以便在需要时进行额外组装。由于可能有五名技术人员在任何给定的时间向机器人提供设备如果机器人忙于在一个设备中安装螺钉另一个设备就在提示中等待轮到它。同时技术人员可以建造下一个设备。双臂机器人的每个手臂都配备了摄像机以及力矩反馈电动螺丝刀。机器视觉用于确认螺钉在组件中的位置并确定哪种尺寸的螺丝适合哪种设备。螺旋给料机向机器人传递螺丝。执行相同的操作机器人肯定比人类快但Moalloy说这不是考虑的关键因素他表示“更重要的是机器人替代了设备组装过程中工作不想做的步骤。”Bak USA研究了多个协作机器人系统之后最终选择了duAro机器人主要在于它的精确性小型化和内在安全性。Malloy认为“duAro是一个很好的选择这个双臂机器人真的非常好。可以一次处理两台设备或以各种方式运行。控制系统、传感器和系统反馈非常好。并且机械臂上都有柔软的物质包裹即使你碰上它也只是像撞到一个靠垫上而已。”以人为本安全第一Kawasaki RoboticsUSA公司的产品和先进工程总监Samir Patel表示duAro机器人符合ISO 10218和ANSI/RIA 15.06协作机器人安全标准。Patel解释说“为了达到最高级别的安全性Kawasaki有一个名为Cubic-S的硬件和软件包用于监控每个手臂的工作空间和速度。”根据Patel说低功率电机的功率不到80瓦加上柔软的机身和速度力量以及工作区域监控功能使得duAro能够与人类进行安全协作。碰撞检测功能可在发生碰撞的瞬间立即停止机器人的运动。Bak USA最初担心安全问题主要是因为该技术的新颖性。他们与外部公司合作帮助评估安全性并为其员工提供培训课程。Malloy表示他们可能在安全方面过于注重。 “现在为了保证安全我们在每个工作站前都安装了光幕。我们还在每个工具背后都配备有安全垫所以即使它是一个协作机器人人们也无法接近它。 我们有安全控制的双重接触点所以没有人可以用他们的双手来装载或卸载设备。”如果有人或物体穿过光幕或触发安全垫机器人立即停止。Malloy说“布法罗制造厂已经能够以这样一种方式为我们开发系统以便快速重置。根据我的经验无论何时触发互锁或类似事情将其恢复到运行状态始终是一个复杂的过程。在这里他们已经考虑过安全和易于使用并且易于排除故障。”易于使用是我们听到关于协作机器人的一个共同话题。对于很多人来说“示教”已经取代了编程。易于示教Kawasaki为duAro提供了三种编程选择。其中示教功能只需要抓住机器人的一只手臂并将其移动到所需的位置然后在编程平板电脑上记录该位置。重复这些步骤设置每个点从而形成一个完整的路径。第二种方法是使用Android平板电脑该平板电脑无线连接到duAro机器人控制器以控制机器人的关节、基座或工具坐标点动。第三种方法是为高级用户编写复杂的应用程序。可以将笔记本电脑连接到duAro控制器使用Kawasaki先进的基于文本的AS语言对机器人进行编程。体验了第一种方法的便捷之后Malloy说他很难想象通过示教器来示教机器人而这是大多数传统工业机器人的编程方法。duAro的另一个优势是可以让两只手臂独立完成不同的任务或者协调一起完成一项任务。Kawasaki的Patel提供了电子制造业的一些常见案例。 “在许多电子组装应用中为了在装配前进行精确定位必须固定母件。使用duAro一只手臂可以将母体部件固定在特定位置而另一只手臂可以完成组装例如螺丝固定或胶合。“手臂还可以协调承载更大的负载例如印刷电路板。通过机器人的同轴设计两个臂共用一个共同的轴即关节1因此它们可以完全从机器人的前部旋转到后部。每只手臂可以处理2公斤的有效载荷。通过协调他们可以承载4公斤。Bak USA根据其生产要求独立或根据需要以协调的方式使用双臂功能。人机协作Bak USA成功采用协作机器人是由于他们的员工早期就参与进去了。甚至在启动这个项目之前他们就让技术人员参与其中。Malloy说“我们与布法罗制造厂密切合作我们让他们与我们的技术人员一起工作了解我们的流程以及哪些是有效的我们确实提出了一些典型的问题比如为什么要添加一个机器人这对我的工作意味着什么但是我们让整个过程中的每个人都处于流程中。”“我们曾多次让他们参与其中即使它让人们用协作机器人拍照一样简单。当它到达这里时大家很兴奋。第一天他们在使用它时还会问下一次是什么时候来的当我们第一次看到这个东西在运行时你甚至都无法想象工人们脸上的笑容而那五个人都很兴奋他们就是这样做的。”揭幕式确实成了全公司的庆典。项目非常成功以致Bak USA又订购了两台duAro机器人。Malloy说“第一天使用就超出了我们的预期。很快就打破了内部记录。我们现在正在调试我们的第二个和第三个系统。”在过去的12个月里Bak USA的规模几乎翻了一番增加了48个新的就业机会。这两个额外的机器人将增加使用该系统的技术人员的数量。“我们有更多的人在生产车间。现在我们有足够的人员来运行这三个系统并且我们仍在招聘。”协作自动化的未来至于未来Bak USA计划花一些时间改进现有系统。Malloy说他们已经从这个过程中学到了很多东西特别是可以增加系统或改变它以使其变得更好。“刚开始时我们都是纯手工打造那时候没有协作自动化。现在我们要重新思考如何设计产品以考虑这些自动化功能的设计。”Bak USA最大的挑战之一你可能会感到惊讶。Malloy说“duAro的工作很棒系统集成也非常有效。但是一些看起来很琐碎的事情比如试图在螺丝刀移动时让它的末端一直保持着一个小螺丝钉对于我们来说反而是最具挑战性的事情之一。”但Bak USA得到的最大教训是什么 “如今每个人都说他们的工作将被机器人取代。我们想证明那不是必然的。我们希望向业界表明通过某种方式人类可以加入自动化流程中也可以创造新的工作并且让工作环境更好。我们所学到的最重要的正面教训不在于技术而在于我们向自己证明你可以做到这一点。”Bak USA的案例证明机器人不是要将所有人都取代工人可以和自动化共存。人类可以和机器人一起安全地工作不只是作为同事而是作为合作者。协作自动化也正在进入汽车总装这是一个高度手动的领域。使用FANUC CR-35iA协作机器人如前面大图所示它具备35公斤的有效载荷能力Esys Automation开发了一种协作机器人系统将聚氨酯应用于汽车后方玻璃。客户需要机器人聚氨酯应用的一致质量但在操作员和机器人之间采用传统安全防护的封闭式电池缺乏足够的地面空间。Esys能够将占地面积减少一半并创建一个操作员与协作机器人携手合作的过程。这些协作机器人是六轴的有效载荷甚至远大于35kg都有力限制可以跟人安全地工作。这些类型的特种工业机器人对其速度和可施加的力量及其可处理的有效载荷具有内在的限制。在大多数情况下这些机器人可以靠近或直接与人类工作而无需安全栅栏或其他外围安全设备。然而人机协作不仅仅是为协作机器人考虑的高负载和高速机器人也可以加入进来只不过需要在安全围栏外考虑。重型机器人更多合作者Veo Robotics联合创始人兼工程副总裁Clara Vu说“我们相信人类和机器人具有非常强大的互补性通过让他们协同合作可以实现很多目标。在整个制造过程中人的灵巧性、判断力和灵活性可以与机器人的强度、速度、精度和可重复性有效结合起来。”Vu表示“功率和力量限制机器人显然是一个重要步骤但他们只解决了一个问题。我客户向我们提供应用场景例如他们希望机器人拿起沉重的部件并对其进行操作时在工作人员帮助下将其放在特定位置。”Vu认为需要一个能够利用标准工业机器人难以置信的功率、速度和亚毫米级精度的系统但有能力与人们协同工作。Veo的联合创始人的目光瞄准了这一需求。该公司成立于2016年获得了西门子风险投资公司现在的next47的种子基金。去年10月他们获得了GV原谷歌风险投资公司和Lux Capital的A轮融资1200万美元。Veo试图通过帮助机器人更好地感知周围环境并“理解”工作单元中发生的事情来弥合人与机器人之间的差距。 “例如我们的系统与建立激光扫描仪的方式不同例如将其连接到功能安全单元是因为我们的系统了解工作单元中正在发生的事情并了解机器人本身在做什么。我们正在以3D的方式做到这一点这使得系统更加灵活并能够对有人伸出手而不是进入工作单元做出反应。“Veo的系统是一个软硬件结合的解决方案Vu解释说。 “我们的系统硬件由定制的、安全的飞行时间ToF传感器组成这些传感器将数据发送到运行计算机视觉和机器人控制算法的高性能嵌入式计算机上。计算机驻留在工作单元内并直接与机器人控制器通信。“该系统适用于目前市面上主要制造商的机器人。它将配备四种深度的ToF相机Veo希望覆盖大多数制造工作单元应用尽管Vu表示他们正在构建系统以便在更复杂的环境中配置多达8台相机。 “我们的系统可以跟踪现场的机器人、工件和工人并根据这些物体的位置确定是否安全。”更重要的是如果摄像机的视图由于某种原因被遮挡则系统默认为最安全的位置。 如果可以确定机器人的运动是安全的则系统只允许机器人移动。Veo已经与包括汽车制造商及其一级供应商在内的众多合作伙伴合作。他们也在研究物料传送、金属制造和家电制造领域的应用但人类和机器人仍然倾向于分离。Vu说“现在当制造工程师设计一个流程时他们会考虑这是一个手动流程还是一个自动化流程我们真正希望他们能够做到的事情以及我们所看到的全面需求就是说这个过程的哪些部分应该由一个人完成哪些部分应该由机器人来完成。”这是人机协作的精髓。利用各自的独特优势将它们结合在一起得到最优解。协作机器人以最佳的方式在工厂车间里发挥作用。外骨骼背心还有什么比穿在你身上的机器人更协作的呢外骨骼与人类有着最亲密的关系。超越这种协作水平的唯一设备是在机体内部工作的机器人医疗设备。现在我们来看看工业环境中的的外骨骼。福特汽车公司的装配线工作人员正在穿戴EksoVest这是Ekso Bionics公司在加利福尼亚州里士满市制造的上半身外骨骼。你可能不会把外骨骼想象成机器人尤其是像EksoVest那样无动力的外骨骼。 但全球的研究人员正在不断探索更经济、更轻、更安全并且无动力的替代驱动方式。ABI Research在其关于机器人外骨骼的报告中包括无动力外骨骼预计到2025年市场将达到18亿美元。工业外骨骼预计将成为最强劲的增长点。Ekso为工业领域提供无动力的外骨骼并为康复应用提供动力外骨骼。 Ekso为无动力的外骨骼提供了一个很好的例子特别是对上半身的支持。 “从根本上说外骨骼必须是协作性的因为你将一个设备放到人体上如果他们不能一起工作来完成预定的任务人类会拒绝该设备”Ekso用户体验经理Claire Cunningham说。她接着解释道“我们希望补充和支持用户完成他们想要完成的任务而不是阻碍他们。尤其是使用EksoVest这是专为全天使用而设计的。我们有人在汽车生产线上每天穿8小时所以舒适度至关重要。将力量推向人体并使其舒适这是一项非常艰巨的挑战。”EksoVest旨在提升和支持工人的手臂以协助完成从胸部以上高空作业的任务。背心重量不足5公斤但你不会感觉到增加的重量因为它分布在身体的不同部位。它支持每条手臂6.8公斤。Cunningham说“你穿上它时根本不会想到它。腰带可将设备的许多重量转移到使用者的臀部和骨盆中这里可以承受这种重量。同样背包背带和袖口袖带引导来自执行器和弹簧系统的力然后以非常有战略意义的方式将其传递到手臂。您可以将一把工具放在手中重量不超过6.8千克并且可以整天拿着都不是问题。”可穿戴协作机器人Ekso很快指出他们的背心不是一个提升携带辅助装置。 这并不意味着给你超人的力量这是对许多外骨骼常见的误解。Cunningham解释道“这是一种‘马拉松’设备而不是动力提升设备。它有助于提升你的耐力使用几天后你会真正注意到这个好处。你会有更多的精力你的手臂会更轻松你感觉会更好。我们使用此设备的目标是防止在全天工作的工作现场一些常见的伤害。”当你开始举起你的手臂时机械执行器将会启动并开始为你的手臂提供一点助力。应用包括任何类型的重复架空工作如汽车装配线上的车身底板钻孔或排气系统安装。背心还可用于施工环境中例如工人完成架空和电气工作、工业油漆、隔音板天花板安装和工业打磨。在过去将近一年的时间里福特一直在测试EksoVest并测试了该设备的所有不同迭代。Cunningham表示与福特的合作关系为外骨骼在工业中的工作提供了有用的见解。“我们已经收到了福特以及其他测试者的反馈并将其纳入设计变更中。现在我们正致力于将这些背心推向市场。”EksoVest还可以个性化包括腰带、手臂袖口和背包肩带在内的柔软物品都有不同的尺寸。您还可以通过调整执行器内的弹簧来改变提供给用户的力量。EksoVest项目首席工程师Kevin Dacey解释说“我们还可以独立地调整执行器。例如如果工人在汽车生产线的汽车底板上钻孔他们可以一手拿钻另一只手拿螺母和螺栓因此他们可能会希望一只手力大另一只手力小些。”显然有一些智能设计融入这个设备但它纯粹是机械的。与目前的工业机器人不同这些是无源装置。没有电机也没有电。Dacey说“不是所有的外骨骼都必须是电动的或电池供电的机械式的更经济、更耐用。在工业领域这些工人每周5天每天8小时穿背心。他们不希望每天晚上都要记得充电。”Cunningham解释说“跟下肢相比上肢更需要调动力量。我们的康复外骨骼它是一个机电设备它需要一个难以置信的扭矩使人从坐到站。这几乎可以秒杀所有机电上肢外骨骼。”机器人外骨骼依然是一个很新的前沿领域Cunningham说该领域正在不断发展。 “你会看到更多的机械外骨骼因为它们更便宜。随着其价钱不断下降越来越多的人将会接受机械外骨骼。机械外骨骼是人们日常生活所需的解决方案。我们预计未来10年内每个家庭都会有一个外骨骼。未来你还可以在本地硬件商店里购买各种材料DIY一款属于你自己的外骨骼。”机械机电液压生物启发……机器人将应有尽有就像我们一样。队友在机器人领域呆久了你对事物的看法也会开始改变。你看到了考验和失败挫折和成功你的眼睛睁得大大的。你惊叹于进步也开始更清楚地了解前方的挑战之路。你会敏锐地意识到人体和精神的惊人能力。更令人惊讶的是你发现自己将机器人归功于帮助你认识到人类每天拥有的真正独特的能力并理所当然。我们的创造力、想象力、感知力、敏捷性和令人难以置信的同情心和批判性思维能力。机器人如何竞争这不是必须的我们作为一个团队将变得更强大。未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
