破纪录的服务型机器人

作者:Hannes Weik 文章来源:MM《现代制造》 点击数:246 发布时间:2018-09-06
2017年10月中旬,斯图加特市弗劳恩霍夫IPA制造工程和自动化研究所举办的‘工业服务机器人’论坛引起了自动化、技术服务领域中专家和高管们的极大兴趣。机器人使用和新安装数量的统计曲线不断攀升,清晰地呈现了全球机器人的发展趋势。。
破纪录的服务型机器人

2017年10月中旬,斯图加特市弗劳恩霍夫IPA制造工程和自动化研究所举办的‘工业服务机器人’论坛引起了自动化、技术服务领域中专家和高管们的极大兴趣。机器人使用和新安装数量的统计曲线不断攀升,清晰地呈现了全球机器人的发展趋势,弗劳恩霍夫IPA研究所机器人和辅助系统部门的领导人Martin Höfele先生在介绍今年召开的IFR国际机器人联合会提供的工业和服务机器人市场数据时说道。

服务型机器人的市场不断增长

服务型机器人市场发展趋势良好,仅2016年全球服务型机器人的销售量就近6万台,较2015年销售额增长了25%,工业服务机器人在许多不同的工商业领域中都可以应用,无论是作为无人驾驶的物流运输工具,还是农业中的挤奶机器人、零售商甚至是手术室中的移动信息终端。

预计2018~2020年期间,除农业以外,专业用服务型机器人的平均年增长率可达20%~25%,这对于欧洲经济来说无疑最为有利,因为全球700家服务型机器人生产厂家中有290家都位于欧洲,尤其是一些中小型企业,它们向全球农业、建筑和工程施工等领域中的客户提供的服务型机器人约占市场总量的90%。

图 1 在“pitasc”软件的帮助下,机器人可以完成复杂的连接工艺过程,并可以简简单单的重新编 程以执行新的生产任务
图 1 在“pitasc”软件的帮助下,机器人可以完成复杂的连接工艺过程,并可以简简单单的重新编
程以执行新的生产任务

然而最受欢迎的一直以来都是家用机器人,而其中近三分之二都是吸尘机器人、拖地机器人和割草机器人。因此机器人企业未来的远景级产品瞄准的一定是更高发展水平、性能更加强大的家用助手型机器人,例如帮助老年人日常生活起居的机器人、整理家务的机器人和陪伴老年人娱乐用的机器人。

人仍然是不可替代的

德国最大零售商之一的某公司高级技术顾问Nikolaus Blümlein博士介绍了机器人系统在零售商领域中的应用情况。他认为在物资清理中机器人系统有着最大的应用潜力,因为物资的清理是

一项费时费力的工作,要耗费许多工作时间。虽然清理机器人的研发工作已经开始了,但迄今为止的技术成本费用很高,依旧让人难以接受。Blümlein先生还认为,服务型机器人在仓库物资管理维护方面也有一定的应用潜力,例如它可以清理仓库地面、在一定程度上识别货架上的货物,但当服务机器人的工作涉及到把物品正确的摆放在货架合适的位置上或店面装饰等内容时,人类的创造力和灵活性还是无法替代的,因此虽然当前的机器人技术有了巨大的进步,但服务型机器人的性价比仍然不高。尽管如此,零售业中机器人的应用仍然有着非常美好的前景。

Richard Bormann先生在rob@work系列机器人中展示的移动式机器人具有从超市货架上取下物品的能力,这种无人驾驶的运输车是弗劳恩霍夫IPA研究所研发设计的产品,它能在仓库中许许多多不同的物品中识别到需要运输的物品,并将其取出、运送到目的地。rob@work机器人可以像人一样找到存储在其对象数据库中的物品,并利用传感器和摄像机拍摄新产品的图像,进而提取其特征,并将各个视图合并成三维模型,利用这些数据使它日后能够可以可靠的识别同类产品。rob@work强大的运算能力还能使其找到那些部分被遮挡住的、排放无序的或者在不利光照条件下的物品,依靠这些性能,将来它可以完成仓库中物资的调配和盘点,或者追查超市货架上摆放不当的货物。

编制程序简单迅速

机器人的工作非常精准,而且可以每天24 h连续工作,但它们对编写程序则是门外汉。常规的机器人编程语言对外行人来讲太复杂了,因此承担装配工作的机器人就需要专业人员来编写机器人控制程序,但这种程序只有在大工作量和高利用率时才是有价值的。Lorenz Halt先生在弗劳恩霍夫研究所的任务就是简化编程进而解决这一问题。

为了使中小型企业也能从装配机器人应用中得益,Halt先生和弗劳恩霍夫研究所的其他专家开发了‘pitasc’软件,有了这款软件,没有编程技术知识和机器人系统知识的人员也能在很短时间里为装配机器人编写出适合于新任务的控制程序,Pitasc只需将其含有的现成程序模块像Offiic中的宏一样罗列在一起就可以了。另外,这一软件还赋予了装配机器人一个新的功能,那就是简简单单的与传感器配套使用就可以完成复杂的物资充填和灌装过程了。

图 2 rob@work 移动式服务机器人还有一个可能的应用领域就是仓库,从技术角度来讲,它有能力 在许多产品中识别出订单订购的产品,挑选它想要的东西
图 2 rob@work 移动式服务机器人还有一个可能的应用领域就是仓库,从技术角度来讲,它有能力
在许多产品中识别出订单订购的产品,挑选它想要的东西

基于云技术的导航

弗劳恩霍夫IPA研究所研发领域领导人Felipe Garcual Lopez先生认为优质的硬件导航是很重要的。生产车间所有无人驾驶的运输车辆都利用云技术相互通讯,保持联系,这种虚拟的、集中的云技术服务也能够为一个个移动式服务机器人完成运算量大的导航算法。工厂车间内固定的激光扫描仪和每个机器人的传感器能够实时的提供服务机器人的行进路线数据、规划行进路线、必要时还能对行进路线进行优化,这就使得无人驾驶的运输车辆能够在动态环境中、在没有配备必要的探测传感器的情况下也能够自发地避开任何障碍物而顺利的行进,这省去了车架地面上的物理性导航设施和其他迄今为止不可或缺但对生产设备的灵活性有极大限制的刚性装置。这种基于云技术的导航方式使得生产车间能够有更多的功能性使用面积,同时也提供了实施数据、使得生产计划人员能够利用这些数据生成数字化图像。

Garcual Lopez先生在霍伦霍夫IPA云技术工业4.0应用中心展示了云技术导航的功能可靠性到底如何,他随心所欲的阻挡在移动式机器人前方或者模拟的服务机器人前方,但这些机器人都能按照合理的安全距离避开他继续行驶。

个性化的产品、多功能的装配车间是工业企业的潮流和趋势。霍伦霍夫IPA研究所和Bör自动化技术公司一起开发了一种全方位的无人驾驶运输系统,并配用了在动态环境中能够精确到毫米级的导航系统。这一导航系统已经在奥迪A8轿车的生产过程中得到了应用,它将车架从一个装配工位运送到另一个装配工位,取代了原来阻碍提高生产灵活性的输送带,性能强大、且能快速充电的蓄电池使得这一无人驾驶的运输系统可以全天候的运行。

两个世界之间

图 3 固定的传感器和车间内所有的无人驾驶运输车都通过云连接在 网络中了,这就形成了一个虚拟的、集中控制的导航云服务系统
图 3 固定的传感器和车间内所有的无人驾驶运输车都通过云连接在
网络中了,这就形成了一个虚拟的、集中控制的导航云服务系统

弗劳恩霍夫IPA研究所负责机器人系统安全的Theo Jacobs先生表示,在技术标准、欧盟指令和法律法规中都有必须遵守的产品安全规范,但现有的各项规定、法规仅适用于无人驾驶的运输车和传统的、固定在一个地点使用、始终完成相同任务的机器人。工业服务机器人,也就是带着机械手、与人有着密切关联的无人驾驶运输工具则游荡在两个世界之间,对它们而言,通常没有有效的标准和规范,因为它们执行着众多不同的任务。

移动式工业服务机器人的生产厂家对此也无可奈何,只能将无人驾驶运输车和机械手的标准结合起来一起使用,在有疑问时就执行更加严格的标准和规范。Jacobs先生列举了一个移动式服务机器人成功的典范:在一个封闭的区域里对自动洗碗机进行测试,每得到一个新的洗碗任务时,移动式平台关闭,机械手开始洗碗,只有在操作员按下行驶按钮时移动式洗碗机才开始行走。

F&P家用机器人股份公司的领导人Hansuedi Früh博士也在从事人机协作时安全问题的相关工作,他在瑞士Glattrugg市的企业研发生产工业和医疗保健领域中使用的合作服务机器人,他们研发生产的P-Rob机器人旨在帮助残疾人护工和协助医院护士工作。Früh对服务机器人安全问题的看法是,P-Rob使用的电压非常低,外表覆盖着柔软的皮革外套。在这皮革外套下面安装着传感器,对相互接触给予反应,并能支持人与机器人之间的通讯和沟通。