2021年03月23日 | 制造机器人如何自我编程

几十年来，机器人技术的故事一直是一样的：您需要大量的批量生产才能获得任何收益。在许多领域，机器人技术一直是仅限于大规模制造商的游戏，而任何生产各种SKU的商店都被排除在外。

高产品组合的制造商避免在许多应用中使用机器人。造成这种情况的主要原因不是机器人本身的成本，而是适应机器人环境（定位夹具）的成本以及对其编程的成本。

大多数高产品组合环境不断变化。可移动的夹具，错误地挂在传送带上的物体或任何侧向放置的设备都可能使传统编程的机器人完全无法进入。价值50,000美元的机器人可能只为一项任务，零件或操作就需要15万美元或更多的集成成本。如果应用程序需要复杂的零件或批次更改，则成本可能会激增。

这并没有阻止制造商开展工作，但是随着技术工人不断面临的挑战，机器人技术的成本必须快速下降，其中包括编程成本。大多数机器人都定位在六个轴上，需要对它们进行编程说明。这包括每个机器人关节的位置和机械限制。在大多数情况下，指令必须精确到毫米。

但是，借助人工智能（AI），对于高产品组合的制造商来说，自动化的成本效益方程可能会发生巨大变化。那是因为现在有些机器人正在有效地自我编程。

“什么”与“如何”

假设您要一位同事在休息后的回程中为您买咖啡，对于一个人来说，非常容易。但是对于机器人来说，您需要特定的说明：“走进这扇门，沿着90英尺的高度走下去，走几分钟，然后回去，在最左边拿一杯咖啡在柜台的另一边，沿着90英尺的大厅往回走，重新进入工作区，然后把咖啡放到我手中。”并且，如果自您上次看到咖啡机以来一直有人移动咖啡机，则操作将失败。

近年来，制造商已通过以下三种方式之一对机器人进行了编程：使用示教器进行顺序编程，运动学操纵以及离线编程。示教器的进步已经尝试使机器人编程更加直观。通过运动学操作，操作员可以物理定位机器人并记录位置，从而使情况变得容易一些。尽管程序确实需要考虑速度和机器人的机械限制，但还是从中得出了路径。离线编程和仿真可以节省车间编程时间，但是操作员会花时间进行验证，重写和修改程序，以解决仿真环境与实际环境之间的差异。

在所有这些情况下，程序员都在告诉机器人“如何”执行其任务-像获取咖啡的详细说明一样。自编程机器人技术采用根本不同的方法。无需告诉他们如何做。相反，只需要告诉他们“做什么”即可。

什么是自编程机器人？

自编程机器人会自动生成任务计划。它感知环境，在可能的范围内了解过程约束，然后在不需要人工干预的情况下执行任务。

与传统的工业自动化不同，自编程机器人被赋予特定的“目标”，例如任务描述，例如“油漆该表面”。AI会考虑机器人的规格和限制，例如允许移动的速度以及正在处理的对象的位置；然后，它会实时为每个零件创建有效的计划。

机器人在航空航天零件上进行粉末喷涂，并在其旁边显示了对同一过程的仿真-所有这些过程都是实时自动编程的。照片由Omnirobotic提供

自编程机器人使用人类眼睛的方式相同，它使用3D视觉感知对象前方的各个方面，例如对象的形状，大小和相对位置。机器人将所有这些信息与分配的任务相关联，然后使用基于AI的算法对信息进行解释，并找出实现目标的最有效途径。这可能包括物体运动的情况，例如钩在连续移动的输送线上的钣金零件。

当机器人为任务生成自己的程序时，它将使用来自3D视觉（环境的“数字孪生”）的信息来验证计划的每个部分。这种AI的运作方式类似于熟练的操作员如何使用其眼睛和大脑。它适应于其前面的对象的位置，方向和形状的变化。

喷涂工艺的潜力

高产品组合制造商可以在各种操作中部署自编程机器人。例如，这种机器人现在被用于喷涂航空零件。

一般而言，喷涂工艺是自编程机器人技术进入市场的最快途径。粉末涂料，液体喷涂，喷丸，喷砂，热喷涂和点胶均适用，主要是因为在几毫米范围内就可以依靠视觉传感器和机器人精度。特别是对于粉末涂料和液体喷涂，自编程机器人首先投入使用，因为对解决方案的需求是如此之高。

对于工业喷漆和粉末涂料，挑战是三重的：如何实现高质量的输出，如何限制昂贵的返工并保护工人的健康和安全？随着工作的进行，工人不仅变得疲倦，而且视力和准确性也下降，工作的一致性也受到影响。返工成本可能很高，有时足以使整个批次无利可图。如果不遵循正确的安全性和人体工程学规范，则在某些工业喷漆和粉末涂料环境中长期使用可能会导致呼吸系统疾病，整形外科挑战和慢性疼痛。

对于自编程机器人，一旦设置了视觉传感器，只要接受定期维护，其精度就不会降低到其校准值以下，这不超过大多数工业机器人所需的有限维护。机器人无需戴口罩或使用空气过滤系统，并且它们不会长期滋生困扰许多熟练工人的疾病。

当今的传感器可以克服照明和反射率方面的挑战，并且机器人可以以高线速度运行，并且可以将各种零件放置在任何方向上。自编程机器人使用启发式方法来确定其喷涂的涂料量和产生的覆盖量。目的是用最少的粉末浪费获得尽可能一致的光洁度。

液体绘画确实增加了一些额外的复杂性。例如，如果机器人暂停或反复经过某个地点，则系统必须考虑油漆滴落的风险，这最终成为一个附加变量。但是，一旦考虑了此变量，机器人就可以实现高一致性，精度和可重复性。

除了基于喷雾的应用程序之外，自编程机器人可以做什么也没有任何限制。还有要做的更多工作。传感器，夹具和其他组件必须具有成本效益，制造商需要能够快速部署这些机器人系统。

例如，诸如焊接，研磨和抛光之类的接触过程比诸如喷漆或粉末涂料之类的喷涂过程需要更高的精度。这仅意味着需要设计其他解决方案。即便如此，自编程机器人的原理仍然存在。

粉末涂料是自动化的成熟应用，因为它涉及到将工人放置在经过多年暴露会导致健康问题的环境中。盖蒂图片社

大批量/小批量生产的AI

通过使AI发挥作用，制造商可以使许多重复性最高，参与度最低的任务实现自动化，而这些任务仍然需要人工水平，知识和诀窍。油漆和粉末涂料只是许多示例中的第一个。

没有人会从抑制自动化中受益，但是出于自身利益考虑，自动化也不一定具有成本效益。第一步是识别并验证操作中最繁琐，重复和危险的工作实际上是否可以自动化。通过在这种情况下使用机器人并提供解决方案，制造商可以将其自动化工作发展到包括整个单元和生产线。随着这种过渡的发生，公司将看到现有员工可以填补空白，发挥自己的想法并帮助产生更好的结果的地方。

在所有这些方面，自编程机器人技术可以发挥关键作用。这种新型的自动化将帮助释放资源，并使制造商更有效地进行生产，而所有这些都无需重新设计设施就可以首先安装机器人。