工业机器人技术现状:新兴技术、挑战与重点研究方向(一)

在过去的十年里,欧洲的国家和企业,尤其是德国和德国企业,一直在努力通过将最新的机器人技术和相关技术融入其制造过程来获得制造业的竞争优势。例如,协作机器人(cobots)可以更直接地与工人一起工作,而不是出于安全原因被防护笼隔开,提供了一种可以在不显著降低就业率的情况下提高生产率的手段。然而,出于多方原因,欧洲工厂升级转型的成效和努力程度不佳,一直处于停滞、不均衡的状态。首先,要使用这些新技术,需对机器人的性质和用途进行深刻的考量,同时清除技术和经济障碍。传统的工业机器人技术主要用于高度重复的生产制造任务,在生产线的寿命周期内,这些任务通常不会发生更改,无需人工干预即可稳定地执行。在一定程度上,这是由于传统的工业机器人相对不灵活,需要借助大量的设计和编程才能集成到生产线上。而执行这种集成过程的企业,通常需要对生产线进行微小的更新,导致技术集成过程趋于时间和资本密集型。此外,机器人编程接口和通信协议目前不是标准化的,再加上各企业的机器人硬件和规格不同,增加了集成的挑战性。每个不同的系统都需要不同的知识,才能与其他技术结合使用。因此,从经济角度出发,工业机器人往往只适用于大型制造企业的大批量生产;而对专注于产品品类丰富、生产批量低的中小型企业来说,其经济意义较低。其次,最新技术本身仍有局限性。轻型机器人或协作机器人可能面临工作速度太慢、有效负荷有限的问题,故而不适用于部分工业应用。机器人编程接口通常使用难度较高,并且需要广泛的编程知识,这导致生产线工人难以轻松地变换机器人用途来提升效率,也难以满足不断变化的制造过程需求。此外,新技术、新软件以及新兴技术、新兴软件仍然不能完成一些关键任务。例如,机器人在包括抓取物体的操作方面仍远不如人类。在其他方面,最新技术可能提供的功能略显多余,这些技术的确提供了大量的信息数据,但从其中提取有意义的信息并获取切实的收益也是一大挑战,限制了人们对物联网(IoT)和云系统的投资和使用。有趣的是,工人的抵制似乎并未有效减缓新技术的采用,一方面是因为欧洲对工人的保护政策限制了裁员,一方面是因为行业领军企业已经认识到,通过让工人参与并决定生产线的重新设计,既能得到更好的技术决策(借助工人的知识),也能更好地接受新技术。本简报详细介绍了我们采访机器人制造商、使用机器人技术的原始设备制造商以及欧洲工业研究机构的发现。我们对以上几点内容进行了扩展,并就工业机器人技术的未来重点领域提出建议。