2006年智能手機的革命正待興起。當時我們都在猜測這個市場的發(fā)展前景。許多人預想，價格親民的小型移動電子設備將會迎來爆發(fā)性的消費需求。
正因如此，我們早在約十年前就開始重新審視機器人與自動化的總體設計理念，尤其注重以柔性、靈活的系統(tǒng)取代繁瑣復雜的工藝。諸如此類的技術革新后來統(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、物與服務構成的生態(tài)系統(tǒng)，而信息物理融合系統(tǒng)、生產(chǎn)場景及人機實時協(xié)作是成功管理這一系統(tǒng)的三大要素。就人機協(xié)作方面而言，必須貢獻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)揮最強大的力量。
如今，消費電子市場變化之巨、形勢之復雜已突破了我們想象力的極限。整個世界賴以維系的電子產(chǎn)品需要一個龐大到不可思議的人工裝配體系來支撐，這個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值的職業(yè)、更高的收入和生活質量這一趨勢形成鮮明沖突。這表明，當前的這套體系既無法完成自我升級，又難以長久維持下去?；仡?006年，當時我們正著手研發(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有多大卻并不清楚。我們只知道這些人工流水線一定會實現(xiàn)自動化，但過渡期可能是一個長達數(shù)十年的循序漸進的過程，其間不能對復雜龐大、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，都應以機器人為核心，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“人機協(xié)作”，而當時我們只有一種簡單的想法，那就是開發(fā)一種“本安級”的解決方案。
我們了解到，市場需要高度柔性的解決方案，能靈活應對快速多變、生命周期僅為數(shù)月的產(chǎn)品。這種機器人解決方案應具有輕巧便攜、易于部署的特性，適合安置于為人設計的工位;應采用直觀友好的創(chuàng)新編程技術，操作者一看就會，無需專門培訓;還要擁有可媲美人類的感知及運動控制能力。最重要的是，機器人必須具備足夠強的安全性，能在不設圍籠的前提下與人類并肩工作，且不會對人類產(chǎn)生任何威脅。
這些構想最終孕育了YuMi?的誕生。
YuMi：攜手共創(chuàng)自動化的未來
隨著全球首款真正實現(xiàn)人機協(xié)作的雙臂工業(yè)機器人——YuMi的問世，ABB再一次充當了自動化領域的開路先鋒，將依托機器人技術從根本上改變相關工業(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)成果的結晶，既能實現(xiàn)機器人與人類并肩執(zhí)行相同的作業(yè)任務，又可確保其周邊區(qū)域安全無虞，人機協(xié)作的機器人新紀元由此開啟。
小件裝配領域變化之快少有其他行業(yè)能望其項背。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計、柔性機械手、通用進料系統(tǒng)、基于相機的工件定位系統(tǒng)、引導式編程技術及尖端的運動控制技術整合于一體，也能在其他任何小件裝配領域大展宏圖。
乍看之下，人工裝配線實施自動化似乎比較簡單;其實不然，因為人在本質上是一臺極其復雜的機器，要想復制人的諸般本領殊非易事。我們擁有觸覺和運動控制能力，能靈巧而準確地處理精密物件——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，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)濟可行的方式模擬最基本的人體感官與機能，使之擁有以上所有人的特性，同時又要具備不亞于人類的安全無害性，從而創(chuàng)造切切實實的自動化效益。最后，經(jīng)我們量身打造的YuMi遠非傳統(tǒng)機器人可以企及：首先，這是一套本安級系統(tǒng);其次，在精度、速度、柔性、易用性、投資回報率等指標上全面樹立了小件裝配領域的新標桿。
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、剛性的鎂合金骨架也覆有浮式塑料外殼，再外裹軟性材料，這種結構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，關節(jié)開合時不會夾傷易損的附屬件。
YuMi結構緊湊，大小與人體相仿，雙臂均有七軸自由度，在為人設計的狹小工位中仍能淋漓盡致地發(fā)揮其靈巧而精準的特性。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)字信號電纜，兼容全球標準市電電源，輕巧便攜，可按需隨時調整部署。
當YuMi感知到一個突然沖擊，比如與人類同事相碰，能在幾毫秒內(nèi)暫停運動;要讓其恢復運動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合，大幅提升了人類同事的安全性。這些本安設計絲毫沒有影響YuMi發(fā)揮其卓越的精準與高速性能，其重復定位精度可達到0.02 mm以內(nèi)，最大運行速度則高達1500 mm/s。
為應對小件裝配行業(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)需求進行自由定制。
小件裝配的復雜性不僅涉及人手的靈活度，針對特定作業(yè)采取何種進料方式也是攸關生產(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雜的3D運算，因此 FlexFeeder每次從料箱中只取少量零件擺放在一個平面上，由此將物料處理維度從3D轉化為2D，大幅降低了解決問題的難度。YuMi集成式機械手的內(nèi)置攝像頭可輕松定位平面上的零件，并引導夾具執(zhí)行拾取動作。
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。實際上我們都不愛管它叫“編程”，準確地講應該是“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YuMi的雙臂和雙手完成一系列動作，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作直接轉化為驅動YuMi運行的底層代碼。這意味著，YuMi能夠勝任高度復雜的作業(yè)任務，對工程技術資源的要求卻極低。
這種引導式編程技術將以往需要數(shù)小時才能完成的枯燥編程工作縮短至幾分鐘。倘若遇到引導式編程不能完全勝任的復雜作業(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蘊含的所有特性與創(chuàng)新加以審視，你會發(fā)現(xiàn)這不單單是一臺機器人，而是一套完整的小件裝配自動化解決方案。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、減少廢品、提高能效、增強柔性等，進而產(chǎn)生難以估量的投資回報;另一方面，YuMi的意義又遠不止于創(chuàng)造經(jīng)濟效益。
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、再到消費者的整條價值鏈。對于產(chǎn)業(yè)工人，YuMi能增強工作環(huán)境的安全性，改善生活質量;對于環(huán)境，降低資源消耗即意味著減少排廢;而對于消費者，人機協(xié)作在操作精度與速度方面都要勝過純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)，在提升產(chǎn)品質量的同時，也降低了不良率。
人機協(xié)作引領未來發(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為迎接人機協(xié)作新紀元貢獻的第一套解決方案。人機協(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)有技術尚難實現(xiàn)全自動化、仍需人類參與的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，人機協(xié)作為其享受自動化成果創(chuàng)造了有利條件，同時也為自動化技術進入未開墾的處女地鋪平了道路。
其次，傳統(tǒng)機器人系統(tǒng)還有長期存在的必要，相較當前的人機協(xié)作技術也自有其不可替代的優(yōu)勢，如負載更大、節(jié)拍時間短得多、防護更強(可用于鑄造等嚴苛環(huán)境)。與之相比，協(xié)作機器人在系統(tǒng)設計、安裝、調試、運行等方面對工程技術資源的要求則低得多。事實上，得益于軟硬件安全控制技術的發(fā)展，如ABB SafeMove技術與各類視覺及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結合，許多傳統(tǒng)機器人系統(tǒng)已將協(xié)作機器人的部分優(yōu)勢化為己有，變?yōu)椤皽蕝f(xié)作型”機器人。
全協(xié)作自動化尤其值得推廣的特性還包括不設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)有布局實施系統(tǒng)安裝。此外，人機協(xié)作環(huán)境下的編程通常以“示教”取代程序代碼。操作員帶領機器人過一遍兩點間的路徑，機器人即可學會全套動作，許多新任務的編程以前往往要花費數(shù)小時，現(xiàn)在只需幾分鐘便大功告成。當然，如有必要，操作員仍可隨時運用ABB功能強大的底層語言RAPID進行編程?？傊?，包含機器人在內(nèi)的ABB人機協(xié)作系統(tǒng)為自動化集成提供了莫大的便利。
再次，協(xié)作機器人的面世有助于提升工作性質，促進人類從體力勞動向腦力勞動轉移。另外，人機協(xié)作所達到的操作精度與速度均非純?nèi)斯ぷ鳂I(yè)可比，因而產(chǎn)品質量更高，廢品率也更低。
隨著全球人口結構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。應運而生的協(xié)作機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)重擔。
機器人與就業(yè)問題
機器人市場持續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢，人機協(xié)作生產(chǎn)模式在部署與操作方面簡單易行，又對以往公認難以實施自動化的許多行業(yè)具有強大的滲透力，因而必將對這一趨勢起到推波助瀾的作用。
機器人的普及對就業(yè)率會產(chǎn)生怎樣的影響，一直是一個頗受關注的熱點話題。人機協(xié)作的推廣及其他技術的融合促使機器人及自動化應用形成爆發(fā)性增長之后，其結果究竟如何，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)驗為依據(jù)得出的結論。
在工業(yè)化的數(shù)百年歷史進程中，每一次重大技術進步都會推動經(jīng)濟發(fā)生強勁增長，概莫能外。技術進步固然會讓某些就業(yè)崗位淡出歷史舞臺，但同時又能創(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)在技術革新的潮流中如雨后春筍般蓬勃興起，兩相比較，就業(yè)機會在總體上不減反增。
繁重枯燥的人力勞動實現(xiàn)自動化作業(yè)之后，勢必產(chǎn)生新的經(jīng)濟形態(tài)，企業(yè)關注的焦點也從如何索取人的“制造力”轉變?yōu)槿绾伟l(fā)掘人的“創(chuàng)造力”。并不是機器人搶走人的飯碗，而是工業(yè)化幾百年來人類一直在干著本當由機器人干的活兒。所幸的是，如今自動化技術終于達到了應有的水平，讓機器人回歸到自己最適合的崗位發(fā)揮所長。
未來的經(jīng)濟發(fā)展模式無疑將與此前數(shù)百年的工業(yè)化社會大相徑庭。我們不能預知未來，但以史為鑒，我們相信未來的職業(yè)應該更加以人為本，當今生產(chǎn)環(huán)境對人的體力或腦力過度榨取的現(xiàn)象也應不復存在。一種技術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。
結語
隨著協(xié)作機器人的興起，制造模式必將在自動化的帶動下發(fā)生翻天覆地的變化。與此同時，人類的就業(yè)面貌將迎來一次轉型，工作的價值也將重新定義。在自動化技術的普及過程中，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)甚至會超出我們的想象，這種可能性已為工業(yè)化進程中的歷次重大技術進步所證實。ABB致力于創(chuàng)造美好世界，而協(xié)作機器人將成為這個世界不可或缺的一分子。
隨著協(xié)作機器人新紀元的來臨，我們已認識到，人類與機器人各有所長，如能以安全的方式并肩合作，必將提升生產(chǎn)柔性與產(chǎn)品質量，降低資源消耗，改善工作環(huán)境，同時提高員工的生活品質及企業(yè)的競爭能力。
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