总部业务部

唐寿光
叶东飞
陈婷婷
业务一部
卢忠兴
张云丽
李媛媛
业务二部

郑金华
蔡芳芳
客服
客服
客服
关闭在线客服
首页 > 文章详细

软体控制技术加持 双臂机器人扩展应用弹性(图)

发布日期:2015-01-16 10:30:05 【关闭】
摘要:

第一届台湾智慧自动化机器人展(TAIROS)中,由精密机械研究发展中心(简称精机中心)所展出的国内首部自行研发产业用双臂机器人(DualArmRobot)(图1),以醒目的外观设计、灵活的手臂动作以及滑顺的双臂协同引发热烈讨论;而控制这台双臂机器人的核心,即为精机中心投入研发已久的机器人软体控制技术。本文将从双臂机器人开始,逐步剖析机器人软体控制技术。

  双臂机器人在智慧机器人产业并非太新奇的产品,自从2000年日本爱知博览会引爆全球服务型机器人浪潮起,各式各样的拟人化机器人如雨后春笋般的诞生,如本田(Honda)开发的ASIMO、丰田(Toyota)的PartnerRobot等,都竞相以“尽最大可能模仿人类行为能力”做为终极目标。

  图1 精机中心首创国内首部产业用双臂机器人

  近似人类灵活性双臂机器人应用兴起

  虽然14年后的今天,这种类人型智慧机器人并未如当初预期般地实际进入家庭提供服务,但我们已经可以看到它们的同类产业用双臂机器人,正悄悄地走进工厂并且做出贡献。2007年,安川电机(Yaskawa)推出了经典的MototmanSDA系列产业用双臂机器人,是一款将服务型机器人“双手万能”的思维带进产业用机器人的革命性产品。

  2009年,日本川田工业(KAWADA)双臂机器人“Nextage”诞生,则是日本产业技术总合研究所(AIST)人型机器人HRP系列技术于产业机器人领域的移植成果,目前已经开始被应用于许多需要人机混线生产的领域,以解决劳动力日渐短缺的问题。2013年日本机器人展(iREX)更有包括爱普生(Epson)、Nachi等公司竞相展出产业用双臂机器人,形成一股双臂机器人的热潮。

  双臂机器人到底有什么好处?这是大部分人的疑问。产业用双臂机器人的第一层价值,在于灵活更有效率;比起传统的单臂机器人,双臂机器人跟人类一样拥有两只手臂,不管是动作模式或是协同机制都更容易直接地被使用者想像和接受。而且双臂同一控制器,可以各自分开独立作业,也可以双臂一起合作共同完成一项工作,既分工又合作,效率及弹性比起两只单臂提高30%以上。综合这些因素,让终端使用者更愿意将原本人类熟悉的各种制造工作“交接”给机器人去执行。

双臂机器人的第二层价值,即是面对少量多样生产趋势的弹性化适应能力。传统机器人,以六轴机械手臂为例,当初几乎可以说是为了满足焊接工作在空间中的运动而设计成的。事实上,当年机械手臂最主要的用途,就是替人类去完成类似焊接这一类最为辛苦的工作。

  当传统机械手臂开始被用到各种自动化生产作业时,就逐渐发生“不适应症”,人们发现除了机械手臂以外,必须搭配各种周边的自动化设备,才能让它顺利完成各种工作,例如夹治具、供料系统等;即使搭配了以上的各种设备,机器人仍往往只在自动化产线中负责某些单纯而重复的生产动作,而且是只有在空间运动维度必要的时候才派得上用场。

  除了机器人以外,几乎所有的自动化生产实际上都是以硬体堆筑出自动化逻辑,例如输送带、工作站、分度盘、旋转台等。这样的自动化系统,在大量量产的时代里能让业者以最高生产节拍(TactTime)飞快的产出产品,但面对少量多样的生产模式,大量固定设备及硬体在老板眼中所投映出的,则是令人恐惧的重组及汰换成本。

  双臂机器人降低少量多样生产成本

  少量多样的生产或许还有单元化生产模式(CellProduction)、3D列印等技术可以克服,但现在最令人头痛的,则是大量却短期的产品生产模式,以3C产品为例,每次须要生产的量以百万计,但一代一代的更替周期却越来越短。

  如果产线的自动化逻辑还是由硬体的布置与设计建构而成,在最严重的状况下,前一代的生产线几乎必须整组拆掉,重新设计与建构以符合下一代产品的自动化生产逻辑,其间不仅花费系统整合工程师、自动控制工程师、机械设计工程师的庞大人力成本,从绘图、制作、建构、测机的冗长时间成本,还有重建生产线的钜额硬体成本。

  如果有双臂机器人,大家可以想像把产线上的马达都尽可能集中在一台机器人身上,并由一颗更灵活的大脑来控制,使其独立完成更多的工作,而非像传统机器人孤苦的在生产岗位上重复操作着其实不太需要大脑,只需要小脑跟运动神经的重复性作业。

如果机器人能具备更高的自由度以及更复杂的作业能力,便能灵活完成更多不同类型的任务,只要更换它的软体,就能变更它的生产行为,从而省去前述时间、人力、物力上的成本,想当然不会有太多人认为机器人是太贵而无法投资的设备。

  当然,通常实际上的状况不会如此单纯,机器人始终须要被教导(Teaching),即一个点位一个点位的由工程师操作教导盒(TeachingBox),让机器人一一记下动作的空间位置。如果单只手臂教导已经很费神,那么双臂机器人的教导工作就是比双倍更多的辛苦。

  川田工业的Nextage,相较于安川的产品,多生出了“好几只眼睛”,包括头上(MototmanSDA基本上没有“头”)两支摄影机组成的立体视觉系统,以及长在掌心的眼睛眼在手(EyeinHand)系统,即是为了解决双臂机器人教导困难的一项技术进展。

  双臂机器人长出眼睛后,下一阶段的“成长”,则将是“心智上的成长”,使其具备掌控工作与任务的能力。而能让双臂机器人的智慧能有所进步的关键,正是软体控制技术。如何让它更像是一般员工,就像iPhone或iPad提供了一个很好的平台去容纳无数应用程式(App)一样,机器人在有了更灵活的身体以后,就必须要拥有一个“更软”的脑袋。

  整合运算能力软体控制器简化功能扩充

  其实软体控制器(Soft-Controller)也跟双臂机器人一样,并非是特别新颖的名词,但在国内重新发展产业型机器人的同时,也必须体会到软体控制技术是一个不得不加以正视的潮流趋势;也就是国外的机器人大厂,特别是欧洲,如KUKA、ABB等系统,皆早已经将软体控制器实用化于产业机器人系统上,做为竞争利器。

  当谈论到机器人“控制核心”的时候,常常会被各种说法,如轴卡、PCBased控制器、软体控制器等混淆,到底它们有什么差别,又该如何清楚的界定呢?其实就是看机器人的运动核心(MotionKernel),也就是路径规画、运动规画、运动学解算、插补运算等,这些动作是在一颗特殊的晶片中执行,或是在电脑的中央处理器(CPU)上执行。

相关商品