制造機(jī)器人如何自我編程

幾十年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)的故事一直是一樣的：您需要大量的批量生產(chǎn)才能獲得任何收益。在許多領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)一直是僅限于大規(guī)模制造商的游戲，而任何生產(chǎn)各種SKU的商店都被排除在外。

高產(chǎn)品組合的制造商避免在許多應(yīng)用中使用機(jī)器人。造成這種情況的主要原因不是機(jī)器人本身的成本，而是適應(yīng)機(jī)器人環(huán)境(定位夾具)的成本以及對(duì)其編程的成本。

大多數(shù)高產(chǎn)品組合環(huán)境不斷變化?？梢苿?dòng)的夾具，錯(cuò)誤地掛在傳送帶上的物體或任何側(cè)向放置的設(shè)備都可能使傳統(tǒng)編程的機(jī)器人完全無(wú)法進(jìn)入。價(jià)值50,000美元的機(jī)器人可能只為一項(xiàng)任務(wù)，零件或操作就需要15萬(wàn)美元或更多的集成成本。如果應(yīng)用程序需要復(fù)雜的零件或批次更改，則成本可能會(huì)激增。

這并沒(méi)有阻止制造商開(kāi)展工作，但是隨著技術(shù)工人不斷面臨的挑戰(zhàn)，機(jī)器人技術(shù)的成本必須快速下降，其中包括編程成本。大多數(shù)機(jī)器人都定位在六個(gè)軸上，需要對(duì)它們進(jìn)行編程說(shuō)明。這包括每個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的位置和機(jī)械限制。在大多數(shù)情況下，指令必須精確到毫米。

但是，借助人工智能(AI)，對(duì)于高產(chǎn)品組合的制造商來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化的成本效益方程可能會(huì)發(fā)生巨大變化。那是因?yàn)楝F(xiàn)在有些機(jī)器人正在有效地自我編程。

“什么”與“如何”

假設(shè)您要一位同事在休息后的回程中為您買(mǎi)咖啡，對(duì)于一個(gè)人來(lái)說(shuō)，非常容易。但是對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，您需要特定的說(shuō)明：“走進(jìn)這扇門(mén)，沿著90英尺的高度走下去，走幾分鐘，然后回去，在最左邊拿一杯咖啡在柜臺(tái)的另一邊，沿著90英尺的大廳往回走，重新進(jìn)入工作區(qū)，然后把咖啡放到我手中?！辈⑶遥绻阅洗慰吹娇Х葯C(jī)以來(lái)一直有人移動(dòng)咖啡機(jī)，則操作將失敗。

近年來(lái)，制造商已通過(guò)以下三種方式之一對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了編程：使用示教器進(jìn)行順序編程，運(yùn)動(dòng)學(xué)操縱以及離線(xiàn)編程。示教器的進(jìn)步已經(jīng)嘗試使機(jī)器人編程更加直觀。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)操作，操作員可以物理定位機(jī)器人并記錄位置，從而使情況變得容易一些。盡管程序確實(shí)需要考慮速度和機(jī)器人的機(jī)械限制，但還是從中得出了路徑。離線(xiàn)編程和仿真可以節(jié)省車(chē)間編程時(shí)間，但是操作員會(huì)花時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證，重寫(xiě)和修改程序，以解決仿真環(huán)境與實(shí)際環(huán)境之間的差異。

在所有這些情況下，程序員都在告訴機(jī)器人“如何”執(zhí)行其任務(wù)-像獲取咖啡的詳細(xì)說(shuō)明一樣。自編程機(jī)器人技術(shù)采用根本不同的方法。無(wú)需告訴他們?nèi)绾巫?。相反，只需要告訴他們“做什么”即可。

什么是自編程機(jī)器人?

自編程機(jī)器人會(huì)自動(dòng)生成任務(wù)計(jì)劃。它感知環(huán)境，在可能的范圍內(nèi)了解過(guò)程約束，然后在不需要人工干預(yù)的情況下執(zhí)行任務(wù)。

與傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化不同，自編程機(jī)器人被賦予特定的“目標(biāo)”，例如任務(wù)描述，例如“油漆該表面”。AI會(huì)考慮機(jī)器人的規(guī)格和限制，例如允許移動(dòng)的速度以及正在處理的對(duì)象的位置;然后，它會(huì)實(shí)時(shí)為每個(gè)零件創(chuàng)建有效的計(jì)劃。

機(jī)器人在航空航天零件上進(jìn)行粉末噴涂，并在其旁邊顯示了對(duì)同一過(guò)程的仿真-所有這些過(guò)程都是實(shí)時(shí)自動(dòng)編程的。照片由Omnirobotic提供

自編程機(jī)器人使用人類(lèi)眼睛的方式相同，它使用3D視覺(jué)感知對(duì)象前方的各個(gè)方面，例如對(duì)象的形狀，大小和相對(duì)位置。機(jī)器人將所有這些信息與分配的任務(wù)相關(guān)聯(lián)，然后使用基于AI的算法對(duì)信息進(jìn)行解釋?zhuān)⒄页鰧?shí)現(xiàn)目標(biāo)的最有效途徑。這可能包括物體運(yùn)動(dòng)的情況，例如鉤在連續(xù)移動(dòng)的輸送線(xiàn)上的鈑金零件。

當(dāng)機(jī)器人為任務(wù)生成自己的程序時(shí)，它將使用來(lái)自3D視覺(jué)(環(huán)境的“數(shù)字孿生”)的信息來(lái)驗(yàn)證計(jì)劃的每個(gè)部分。這種AI的運(yùn)作方式類(lèi)似于熟練的操作員如何使用其眼睛和大腦。它適應(yīng)于其前面的對(duì)象的位置，方向和形狀的變化。

噴涂工藝的潛力

高產(chǎn)品組合制造商可以在各種操作中部署自編程機(jī)器人。例如，這種機(jī)器人現(xiàn)在被用于噴涂航空零件。

一般而言，噴涂工藝是自編程機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)的最快途徑。粉末涂料，液體噴涂，噴丸，噴砂，熱噴涂和點(diǎn)膠均適用，主要是因?yàn)樵趲缀撩追秶鷥?nèi)就可以依靠視覺(jué)傳感器和機(jī)器人精度。特別是對(duì)于粉末涂料和液體噴涂，自編程機(jī)器人首先投入使用，因?yàn)閷?duì)解決方案的需求是如此之高。

對(duì)于工業(yè)噴漆和粉末涂料，挑戰(zhàn)是三重的：如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的輸出，如何限制昂貴的返工并保護(hù)工人的健康和安全?隨著工作的進(jìn)行，工人不僅變得疲倦，而且視力和準(zhǔn)確性也下降，工作的一致性也受到影響。返工成本可能很高，有時(shí)足以使整個(gè)批次無(wú)利可圖。如果不遵循正確的安全性和人體工程學(xué)規(guī)范，則在某些工業(yè)噴漆和粉末涂料環(huán)境中長(zhǎng)期使用可能會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病，整形外科挑戰(zhàn)和慢性疼痛。

對(duì)于自編程機(jī)器人，一旦設(shè)置了視覺(jué)傳感器，只要接受定期維護(hù)，其精度就不會(huì)降低到其校準(zhǔn)值以下，這不超過(guò)大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所需的有限維護(hù)。機(jī)器人無(wú)需戴口罩或使用空氣過(guò)濾系統(tǒng)，并且它們不會(huì)長(zhǎng)期滋生困擾許多熟練工人的疾病。

當(dāng)今的傳感器可以克服照明和反射率方面的挑戰(zhàn)，并且機(jī)器人可以以高線(xiàn)速度運(yùn)行，并且可以將各種零件放置在任何方向上。自編程機(jī)器人使用啟發(fā)式方法來(lái)確定其噴涂的涂料量和產(chǎn)生的覆蓋量。目的是用最少的粉末浪費(fèi)獲得盡可能一致的光潔度。

液體繪畫(huà)確實(shí)增加了一些額外的復(fù)雜性。例如，如果機(jī)器人暫停或反復(fù)經(jīng)過(guò)某個(gè)地點(diǎn)，則系統(tǒng)必須考慮油漆滴落的風(fēng)險(xiǎn)，這最終成為一個(gè)附加變量。但是，一旦考慮了此變量，機(jī)器人就可以實(shí)現(xiàn)高一致性，精度和可重復(fù)性。

除了基于噴霧的應(yīng)用程序之外，自編程機(jī)器人可以做什么也沒(méi)有任何限制。還有要做的更多工作。傳感器，夾具和其他組件必須具有成本效益，制造商需要能夠快速部署這些機(jī)器人系統(tǒng)。

例如，諸如焊接，研磨和拋光之類(lèi)的接觸過(guò)程比諸如噴漆或粉末涂料之類(lèi)的噴涂過(guò)程需要更高的精度。這僅意味著需要設(shè)計(jì)其他解決方案。即便如此，自編程機(jī)器人的原理仍然存在。

粉末涂料是自動(dòng)化的成熟應(yīng)用，因?yàn)樗婕暗綄⒐と朔胖迷诮?jīng)過(guò)多年暴露會(huì)導(dǎo)致健康問(wèn)題的環(huán)境中。蓋蒂圖片社

大批量/小批量生產(chǎn)的AI

通過(guò)使AI發(fā)揮作用，制造商可以使許多重復(fù)性最高，參與度最低的任務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而這些任務(wù)仍然需要人工水平，知識(shí)和訣竅。油漆和粉末涂料只是許多示例中的第一個(gè)。

沒(méi)有人會(huì)從抑制自動(dòng)化中受益，但是出于自身利益考慮，自動(dòng)化也不一定具有成本效益。第一步是識(shí)別并驗(yàn)證操作中最繁瑣，重復(fù)和危險(xiǎn)的工作實(shí)際上是否可以自動(dòng)化。通過(guò)在這種情況下使用機(jī)器人并提供解決方案，制造商可以將其自動(dòng)化工作發(fā)展到包括整個(gè)單元和生產(chǎn)線(xiàn)。隨著這種過(guò)渡的發(fā)生，公司將看到現(xiàn)有員工可以填補(bǔ)空白，發(fā)揮自己的想法并幫助產(chǎn)生更好的結(jié)果的地方。

在所有這些方面，自編程機(jī)器人技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。這種新型的自動(dòng)化將幫助釋放資源，并使制造商更有效地進(jìn)行生產(chǎn)，而所有這些都無(wú)需重新設(shè)計(jì)設(shè)施就可以首先安裝機(jī)器人。