2006年智能手機(jī)的革命正待興起。當(dāng)時(shí)我們都在猜測這個(gè)市場的發(fā)展前景。許多人預(yù)想，價(jià)格親民的小型移動(dòng)電子設(shè)備將會(huì)迎來爆發(fā)性的消費(fèi)需求。
正因如此，我們早在約十年前就開始重新審視機(jī)器人與自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)理念，尤其注重以柔性、靈活的系統(tǒng)取代繁瑣復(fù)雜的工藝。諸如此類的技術(shù)革新后來統(tǒng)稱為“工業(yè)整合”，或所謂“第四次工業(yè)革命”。這場革命催生了一套由人、物與服務(wù)構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，而信息物理融合系統(tǒng)、生產(chǎn)場景及人機(jī)實(shí)時(shí)協(xié)作是成功管理這一系統(tǒng)的三大要素。就人機(jī)協(xié)作方面而言，必須貢獻(xiàn)出面面俱到的解決方案，才能讓這套生態(tài)系統(tǒng)以可持續(xù)、高效率、高效益的方式發(fā)揮最強(qiáng)大的力量。
如今，消費(fèi)電子市場變化之巨、形勢之復(fù)雜已突破了我們想象力的極限。整個(gè)世界賴以維系的電子產(chǎn)品需要一個(gè)龐大到不可思議的人工裝配體系來支撐，這個(gè)體系由成千上萬條流水線、數(shù)百萬名產(chǎn)業(yè)工人組成。產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)性增長與產(chǎn)品生命周期的急劇縮短，同從業(yè)人員日益追求更有價(jià)值的職業(yè)、更高的收入和生活質(zhì)量這一趨勢形成鮮明沖突。這表明，當(dāng)前的這套體系既無法完成自我升級(jí)，又難以長久維持下去?；仡?006年，當(dāng)時(shí)我們正著手研發(fā)旨在解決上述問題的小件裝配解決方案，對于未來的需求究竟會(huì)有多大卻并不清楚。我們只知道這些人工流水線一定會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但過渡期可能是一個(gè)長達(dá)數(shù)十年的循序漸進(jìn)的過程，其間不能對復(fù)雜龐大、根深蒂固的既有小件裝配體系產(chǎn)生破壞性的沖擊。因此，不論我們研制出什么樣的解決方案，都應(yīng)以機(jī)器人為核心，且必須確保其周邊人員安然無恙?，F(xiàn)在大家將這一概念稱為“人機(jī)協(xié)作”，而當(dāng)時(shí)我們只有一種簡單的想法，那就是開發(fā)一種“本安級(jí)”的解決方案。
我們了解到，市場需要高度柔性的解決方案，能靈活應(yīng)對快速多變、生命周期僅為數(shù)月的產(chǎn)品。這種機(jī)器人解決方案應(yīng)具有輕巧便攜、易于部署的特性，適合安置于為人設(shè)計(jì)的工位;應(yīng)采用直觀友好的創(chuàng)新編程技術(shù)，操作者一看就會(huì)，無需專門培訓(xùn);還要擁有可媲美人類的感知及運(yùn)動(dòng)控制能力。最重要的是，機(jī)器人必須具備足夠強(qiáng)的安全性，能在不設(shè)圍籠的前提下與人類并肩工作，且不會(huì)對人類產(chǎn)生任何威脅。
這些構(gòu)想最終孕育了YuMi?的誕生。
YuMi：攜手共創(chuàng)自動(dòng)化的未來
隨著全球首款真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的雙臂工業(yè)機(jī)器人——YuMi的問世，ABB再一次充當(dāng)了自動(dòng)化領(lǐng)域的開路先鋒，將依托機(jī)器人技術(shù)從根本上改變相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)流程的形態(tài)。YuMi是英文單詞“you”和“me”的巧妙組合，意味著你我攜手共創(chuàng)自動(dòng)化的未來。這一開拓性的解決方案是ABB多年研發(fā)成果的結(jié)晶，既能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人類并肩執(zhí)行相同的作業(yè)任務(wù)，又可確保其周邊區(qū)域安全無虞，人機(jī)協(xié)作的機(jī)器人新紀(jì)元由此開啟。
小件裝配領(lǐng)域變化之快少有其他行業(yè)能望其項(xiàng)背。尤其是電子行業(yè)，一路飆升的市場需求已讓熟練工人的供給捉襟見肘。隨著傳統(tǒng)裝配工藝的漸漸落伍，無論從戰(zhàn)略層面出發(fā)還是從盈利角度考慮，都要求制造商啟用創(chuàng)新的解決方案。
YuMi原本針對消費(fèi)電子行業(yè)靈活敏捷的生產(chǎn)需求而量身定制。由于這套解決方案將雙臂設(shè)計(jì)、柔性機(jī)械手、通用進(jìn)料系統(tǒng)、基于相機(jī)的工件定位系統(tǒng)、引導(dǎo)式編程技術(shù)及尖端的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)整合于一體，也能在其他任何小件裝配領(lǐng)域大展宏圖。
乍看之下，人工裝配線實(shí)施自動(dòng)化似乎比較簡單;其實(shí)不然，因?yàn)槿嗽诒举|(zhì)上是一臺(tái)極其復(fù)雜的機(jī)器，要想復(fù)制人的諸般本領(lǐng)殊非易事。我們擁有觸覺和運(yùn)動(dòng)控制能力，能靈巧而準(zhǔn)確地處理精密物件——針對具體零部件，我們心里有數(shù)用多大力不會(huì)使其受損;我們看見物體，把它拾起來，再自然不過;我們能馬不停蹄地處理品種多得驚人的零件;我們還具有空間意識(shí)，既能與同事近距離配合，又能相處和諧。
在YuMi的開發(fā)過程中，我們面臨的挑戰(zhàn)在于，如何以經(jīng)濟(jì)可行的方式模擬最基本的人體感官與機(jī)能，使之擁有以上所有人的特性，同時(shí)又要具備不亞于人類的安全無害性，從而創(chuàng)造切切實(shí)實(shí)的自動(dòng)化效益。最后，經(jīng)我們量身打造的YuMi遠(yuǎn)非傳統(tǒng)機(jī)器人可以企及：首先，這是一套本安級(jí)系統(tǒng);其次，在精度、速度、柔性、易用性、投資回報(bào)率等指標(biāo)上全面樹立了小件裝配領(lǐng)域的新標(biāo)桿。
YuMi“天賦”安全基因。正如人類手臂骨骼包覆著具有緩沖作用的肌肉，YuMi輕質(zhì)、剛性的鎂合金骨架也覆有浮式塑料外殼，再外裹軟性材料，這種結(jié)構(gòu)能吸收絕大部分來自意外碰撞的沖擊力。此外，YuMi像人體手臂一樣沒有夾緊點(diǎn)，關(guān)節(jié)開合時(shí)不會(huì)夾傷易損的附屬件。
YuMi結(jié)構(gòu)緊湊，大小與人體相仿，雙臂均有七軸自由度，在為人設(shè)計(jì)的狹小工位中仍能淋漓盡致地發(fā)揮其靈巧而精準(zhǔn)的特性。YuMi僅重35 kg，配備集成式控制系統(tǒng)，內(nèi)嵌氣路及多條輸入輸出數(shù)字信號(hào)電纜，兼容全球標(biāo)準(zhǔn)市電電源，輕巧便攜，可按需隨時(shí)調(diào)整部署。
當(dāng)YuMi感知到一個(gè)突然沖擊，比如與人類同事相碰，能在幾毫秒內(nèi)暫停運(yùn)動(dòng);要讓其恢復(fù)運(yùn)動(dòng)也簡單得如同按一下遙控器上的播放鍵。以上特性與浮式緩沖外殼相結(jié)合，大幅提升了人類同事的安全性。這些本安設(shè)計(jì)絲毫沒有影響YuMi發(fā)揮其卓越的精準(zhǔn)與高速性能，其重復(fù)定位精度可達(dá)到0.02 mm以內(nèi)，最大運(yùn)行速度則高達(dá)1500 mm/s。
為應(yīng)對小件裝配行業(yè)零件種類繁多的現(xiàn)狀，YuMi裝備有高度柔性的集成式機(jī)械手，可選配伺服夾具、雙吸盤或視覺系統(tǒng)。YuMi的雙手可針對絕大部分裝配作業(yè)需求進(jìn)行自由定制。
小件裝配的復(fù)雜性不僅涉及人手的靈活度，針對特定作業(yè)采取何種進(jìn)料方式也是攸關(guān)生產(chǎn)效率的重要因素。為此，我們特別開發(fā)了FlexFeeder?零件輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)的料箱可大批量存放尺寸為3-30 mm的零件。從料箱內(nèi)直接拾取零件牽涉到復(fù)雜的3D運(yùn)算，因此 FlexFeeder每次從料箱中只取少量零件擺放在一個(gè)平面上，由此將物料處理維度從3D轉(zhuǎn)化為2D，大幅降低了解決問題的難度。YuMi集成式機(jī)械手的內(nèi)置攝像頭可輕松定位平面上的零件，并引導(dǎo)夾具執(zhí)行拾取動(dòng)作。
最后，我們開發(fā)了一套編程系統(tǒng)，使YuMi的編程工作如同對人示范一般簡單，任何人都能輕松上手。實(shí)際上我們都不愛管它叫“編程”，準(zhǔn)確地講應(yīng)該是“示教”——因其直觀友好，人人都能操作。只需用自己的雙臂和雙手引導(dǎo)YuMi的雙臂和雙手完成一系列動(dòng)作，即可借助配套平板電腦的專用App記錄下路徑和夾具操作，軟件隨即將所記錄的動(dòng)作直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)YuMi運(yùn)行的底層代碼。這意味著，YuMi能夠勝任高度復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，對工程技術(shù)資源的要求卻極低。
這種引導(dǎo)式編程技術(shù)將以往需要數(shù)小時(shí)才能完成的枯燥編程工作縮短至幾分鐘。倘若遇到引導(dǎo)式編程不能完全勝任的復(fù)雜作業(yè)，仍可利用ABB RAPID編程語言按需修改傳統(tǒng)代碼。
YuMi對世界的重要意義
若對YuMi蘊(yùn)含的所有特性與創(chuàng)新加以審視，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這不單單是一臺(tái)機(jī)器人，而是一套完整的小件裝配自動(dòng)化解決方案。毋庸置疑，YuMi可為制造商帶來諸多好處，如加速生產(chǎn)、改善品質(zhì)、減少廢品、提高能效、增強(qiáng)柔性等，進(jìn)而產(chǎn)生難以估量的投資回報(bào);另一方面，YuMi的意義又遠(yuǎn)不止于創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。
如果以“用電力與效率創(chuàng)造美好世界”這一ABB愿景來衡量，YuMi不僅是增效利器，更致力于“創(chuàng)造美好世界”，為經(jīng)濟(jì)增長脫離對人和環(huán)境的影響開辟了一條捷徑。
作為一套整體解決方案，YuMi不僅讓制造商受益，還惠及從產(chǎn)業(yè)工人到環(huán)境、再到消費(fèi)者的整條價(jià)值鏈。對于產(chǎn)業(yè)工人，YuMi能增強(qiáng)工作環(huán)境的安全性，改善生活質(zhì)量;對于環(huán)境，降低資源消耗即意味著減少排廢;而對于消費(fèi)者，人機(jī)協(xié)作在操作精度與速度方面都要?jiǎng)龠^純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)，在提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也降低了不良率。
人機(jī)協(xié)作引領(lǐng)未來發(fā)展方向
YuMi是專為小件裝配而打造、集諸多優(yōu)勢于一體的一款產(chǎn)品，這也是ABB為迎接人機(jī)協(xié)作新紀(jì)元貢獻(xiàn)的第一套解決方案。人機(jī)協(xié)作顯然并不局限于單一行業(yè)，幾乎所有行業(yè)都能從中獲益匪淺。
首先，對于以現(xiàn)有技術(shù)尚難實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、仍需人類參與的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，人機(jī)協(xié)作為其享受自動(dòng)化成果創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)也為自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入未開墾的處女地鋪平了道路。
其次，傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)還有長期存在的必要，相較當(dāng)前的人機(jī)協(xié)作技術(shù)也自有其不可替代的優(yōu)勢，如負(fù)載更大、節(jié)拍時(shí)間短得多、防護(hù)更強(qiáng)(可用于鑄造等嚴(yán)苛環(huán)境)。與之相比，協(xié)作機(jī)器人在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等方面對工程技術(shù)資源的要求則低得多。事實(shí)上，得益于軟硬件安全控制技術(shù)的發(fā)展，如ABB SafeMove技術(shù)與各類視覺及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合，許多傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)已將協(xié)作機(jī)器人的部分優(yōu)勢化為己有，變?yōu)椤皽?zhǔn)協(xié)作型”機(jī)器人。
全協(xié)作自動(dòng)化尤其值得推廣的特性還包括不設(shè)安全屏障及勝任狹小空間作業(yè)，大大方便了工廠利用現(xiàn)有布局實(shí)施系統(tǒng)安裝。此外，人機(jī)協(xié)作環(huán)境下的編程通常以“示教”取代程序代碼。操作員帶領(lǐng)機(jī)器人過一遍兩點(diǎn)間的路徑，機(jī)器人即可學(xué)會(huì)全套動(dòng)作，許多新任務(wù)的編程以前往往要花費(fèi)數(shù)小時(shí)，現(xiàn)在只需幾分鐘便大功告成。當(dāng)然，如有必要，操作員仍可隨時(shí)運(yùn)用ABB功能強(qiáng)大的底層語言RAPID進(jìn)行編程?？傊?，包含機(jī)器人在內(nèi)的ABB人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)為自動(dòng)化集成提供了莫大的便利。
再次，協(xié)作機(jī)器人的面世有助于提升工作性質(zhì)，促進(jìn)人類從體力勞動(dòng)向腦力勞動(dòng)轉(zhuǎn)移。另外，人機(jī)協(xié)作所達(dá)到的操作精度與速度均非純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)可比，因而產(chǎn)品質(zhì)量更高，廢品率也更低。
隨著全球人口結(jié)構(gòu)的變化及生活水平的提高，越來越多的人向往更有成就感的工作。應(yīng)運(yùn)而生的協(xié)作機(jī)器人既能讓人類的職業(yè)變得更加精彩，又能在人工操作技能日顯珍稀之際替人類挑起生產(chǎn)重?fù)?dān)。
機(jī)器人與就業(yè)問題
機(jī)器人市場持續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢，人機(jī)協(xié)作生產(chǎn)模式在部署與操作方面簡單易行，又對以往公認(rèn)難以實(shí)施自動(dòng)化的許多行業(yè)具有強(qiáng)大的滲透力，因而必將對這一趨勢起到推波助瀾的作用。
機(jī)器人的普及對就業(yè)率會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，一直是一個(gè)頗受關(guān)注的熱點(diǎn)話題。人機(jī)協(xié)作的推廣及其他技術(shù)的融合促使機(jī)器人及自動(dòng)化應(yīng)用形成爆發(fā)性增長之后，其結(jié)果究竟如何，ABB對此是持樂觀態(tài)度的。這種樂觀并非來自于理想主義，而是以歷史經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)得出的結(jié)論。
在工業(yè)化的數(shù)百年歷史進(jìn)程中，每一次重大技術(shù)進(jìn)步都會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)生強(qiáng)勁增長，概莫能外。技術(shù)進(jìn)步固然會(huì)讓某些就業(yè)崗位淡出歷史舞臺(tái)，但同時(shí)又能創(chuàng)造出數(shù)量可觀的新生職業(yè)。一方面是僅有少數(shù)職業(yè)因不合時(shí)宜而遭淘汰，另一方面，大批以前難以想象的新職業(yè)在技術(shù)革新的潮流中如雨后春筍般蓬勃興起，兩相比較，就業(yè)機(jī)會(huì)在總體上不減反增。
繁重枯燥的人力勞動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)之后，勢必產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)也從如何索取人的“制造力”轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾伟l(fā)掘人的“創(chuàng)造力”。并不是機(jī)器人搶走人的飯碗，而是工業(yè)化幾百年來人類一直在干著本當(dāng)由機(jī)器人干的活兒。所幸的是，如今自動(dòng)化技術(shù)終于達(dá)到了應(yīng)有的水平，讓機(jī)器人回歸到自己最適合的崗位發(fā)揮所長。
未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式無疑將與此前數(shù)百年的工業(yè)化社會(huì)大相徑庭。我們不能預(yù)知未來，但以史為鑒，我們相信未來的職業(yè)應(yīng)該更加以人為本，當(dāng)今生產(chǎn)環(huán)境對人的體力或腦力過度榨取的現(xiàn)象也應(yīng)不復(fù)存在。一種技術(shù)倘若無益于全人類的福祉，絕不可能成為ABB孜孜以求的目標(biāo)。
結(jié)語
隨著協(xié)作機(jī)器人的興起，制造模式必將在自動(dòng)化的帶動(dòng)下發(fā)生翻天覆地的變化。與此同時(shí)，人類的就業(yè)面貌將迎來一次轉(zhuǎn)型，工作的價(jià)值也將重新定義。在自動(dòng)化技術(shù)的普及過程中，更人性化的新興職業(yè)將出現(xiàn)爆發(fā)性增長，有些職業(yè)形態(tài)甚至?xí)鑫覀兊南胂?，這種可能性已為工業(yè)化進(jìn)程中的歷次重大技術(shù)進(jìn)步所證實(shí)。ABB致力于創(chuàng)造美好世界，而協(xié)作機(jī)器人將成為這個(gè)世界不可或缺的一分子。
隨著協(xié)作機(jī)器人新紀(jì)元的來臨，我們已認(rèn)識(shí)到，人類與機(jī)器人各有所長，如能以安全的方式并肩合作，必將提升生產(chǎn)柔性與產(chǎn)品質(zhì)量，降低資源消耗，改善工作環(huán)境，同時(shí)提高員工的生活品質(zhì)及企業(yè)的競爭能力。
（轉(zhuǎn)載）
