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三年半前,怀着对工业机械臂的好奇心,我查阅了很多资料、写下本公众号的第一篇文章《那些不曾在你生活中出现的工业机械臂》。文章的结尾说:“人机协作是工业机器人发展的大势所趋。当工业机械臂开始能够与人近距离协同工作时,它们离走进千家万户还会远吗?”那时候,Kuka iiwa刚刚发布一年、ABB的Yumi风头正盛,而“协作机器人”这个概念在国内还没有火起来。 两年半前,斯坦福博士毕业后,我们的首席直行官(嗯没打错,因为我是那个首席横行官哈哈)同学找到在斯坦福认识的几个朋友,一起创办了一家叫Flexiv Robotics (非夕机器人)的公司。Flexiv做新型的工业机械臂,这个想法来得既是偶然、也是必然。有些人认为工业机械臂的硬件已经没有什么改进的空间了,但我们认为恰恰相反——先进而美妙的软件框架摆在那里,却因为硬件的不足而无法应用。 半年前,协作机器人的先锋者Rethink Robotics倒了,一时间人心惶惶;“协作机器人”这个概念从众人蜂拥吹捧的“下一个风口”跌落,开始受到众多的质疑。一个概念从炒热到冷却只需要两三年的时间,而真正革命性技术的沉淀与爆发却需要更为长久的磨练。 在刚刚结束的汉诺威工业展上,Flexiv终于第一次对外展出了“未来的工业机械臂”是什么样子的。在展会上,如我们预期,这个世界上第一台自适应机械臂引起了业界很大的反响。 这篇文章整理自横行官同学与直行官同学日常的对话和思考,它会告诉你,为什么非夕提出了“自适应机器人”的概念、为什么我们认为“自适应机器人”是工业机械臂的未来。从我的视角看,这篇文章所讲述的东西,既是非夕机械臂区别于其他工业机械臂的地方,也是我认为未来的工业机械臂、甚至能进入千家万户包揽家务活的“管家机器人”所必须具备的能力——这种能力,用一个词概括,就是“自适应”(Adaptivity)。 协作机械臂够用了吗? 工业机械臂的应用已有六十多年的历史,在各种各样的产线上都能找到他们的身影。传统的工业机械臂追求快速、精确的位置控制,它们能代替人工完美胜任那些靠“轨迹”就能定义的工作,比如把A处的东西移动到B处、比如在工件上切割一个圆形、比如往汽车外壳上喷油漆……事实上,在这一类工作上,机械臂依靠成熟的硬件设计和电子控制系统,完成任务的质量和速度都远超过人类。 生产线上搬运货物到传送带上的传统机械臂 即便如此,这一类传统的工业机械臂依然有三个主要的不尽人意的地方。 第一,它们完全专注于完成任务以至于对它可能对周围造成的危险漠不关心——大部分工业机械臂工作时都需要严禁任何人进入它的工作空间,由于对此的忽视而造成的悲剧并不少见; 第二,要“教会”它们做一个新的工作挺麻烦的——工业机械臂往往需要专门的工程人员使用特定的语言对其进行编程,告诉它们动作的次序、要实现的轨迹等等,由此在工业机械臂厂家与工业制造商之间催生了“集成商“这样一个产业; 第三,它们只能做一部分依靠快速、精确的位置控制就可以胜任的工作——现实中还有很大一部分工作是传统机械臂无法完成的。 二十世纪末,在对传统机械臂这几个局限性的认识下,研究人员提出了协作机器人的概念。这几年,协作机器人炒得非常火热:传统的工业机械臂制造商KUKA、ABB、发那科等等都纷纷推出了自己的协作机器人;以协作机器人起家的UR、Rethink、以至最新的Franka等也频繁出现在人们的视野中。 从“协作”的字面意义可以看到,人们希望工业机械臂不再只是被圈在围栏里自顾自地完成它被编程的任务,而是能够更多地与人类“协同工作”。针对上述传统工业机械臂的三点缺陷,协作机器人在现有技术能达到的水平基础上开出了几张处方:第一是通过降低机械臂负载、限制运动速度、限制关节输出力矩、在机械臂上包裹软性材料、算法实现碰撞检测等方式,提高机械臂的安全性、让机械臂可以走出围栏;第二是通过研发更容易看懂的示教器、图形化编程方法、拖拽示教算法等,开发更直观易用的人机交互方式,让没有经过专业训练的人也能轻松指挥机器人工作;第三是在前面两点的基础上,让机械臂与人一起合作去完成那些机械臂本身无法完成的事情,比如柔性打磨、装配等等。 CCTV 2017年汉诺威工业展报道:协作机器人的趋势 图中机械臂与人合作完成组装 去年,协作机器人的先驱Rethink宣布倒闭,引发了行业里的很多思考:协作机器人真的如所说的那么好用吗?真的有能产生大规模价值的应用场景吗?制造工业真的愿意为此买单吗?其实依作者看来,协作机器人固然有它的市场,但从长远上看,它更像是一个过渡。协作机器人的“协”字,与其说是机械臂与人的协作,不如说是一种“妥协”,是在现有软硬件技术还无法彻底解决前述三个问题的情况下的妥协。大部分协作机械臂为了实现协作的目标,不得不以牺牲某些方面的性能为代价,包括但不限于负载、速度、位置精度等等。协作机器人并没有真正实现机械臂在产线的低成本快速部署,甚至产业对新兴集成商仍有很大的需求。传统机械臂无法完成的任务、协作机器人依然无法完成——用与人协作的方式完成这类工作的想法,似乎与制造业真正的需求背道而驰。

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