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在自動化領(lǐng)域，新的技術(shù)突破即將出現(xiàn)。在位于慕尼黑的西門子實(shí)驗(yàn)室，只要提供產(chǎn)品生產(chǎn)工作單，機(jī)器人就可以自主選擇如何組織動作執(zhí)行任務(wù)。與此同時，慕尼黑科技大學(xué)的一支聯(lián)合團(tuán)隊(duì)正在研究如何使這類機(jī)器人在生產(chǎn)過程中與人類安全互動。
Georg von Wichert的實(shí)驗(yàn)室里到處都是機(jī)械臂。有的有兩根“手指”，有的則是三根。在不久的將來，有的機(jī)械臂甚至可能配備像人手一樣的機(jī)械手。通過編程，這些來自不同機(jī)器人制造商的機(jī)械臂可以夜以繼日地不停抓取和放置同類物品。另外，它們甚至可能能夠完成以前從未有人完成的工作。
配備多種傳感器和創(chuàng)新軟件后，機(jī)械臂或許能在裝配線上與工人并肩協(xié)作，將電纜交替接入電子設(shè)備、測試連接、拋光屏幕，甚至根據(jù)工人的動作提示轉(zhuǎn)而執(zhí)行新任務(wù)或不斷切換任務(wù)。所有這些動作的執(zhí)行都無需重新編程。西門子中央研究院的Georg von Wichert是機(jī)器人、自主系統(tǒng)和控制研究小組的負(fù)責(zé)人，他表示：“我們希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是告訴機(jī)器人應(yīng)該做什么，而不是如何去做。簡而言之，我們希望由‘它’自主決定在執(zhí)行任務(wù)時需要做些什么。”
當(dāng)機(jī)器人伸出它的三叉鉗去抓取物體時……
……它會實(shí)時計算出相關(guān)的優(yōu)化動作
……它的計算依據(jù)多個傳感器的數(shù)據(jù)融合。
要理解這一愿景的革命性意義，必須明白以下兩件事：這項(xiàng)技術(shù)將改變游戲規(guī)則，并讓建設(shè)機(jī)器人制造單元的成本降低50%左右。Kai Wurm在西門子中央研究院負(fù)責(zé)一個自主系統(tǒng)的項(xiàng)目，他解釋道：“目前，我們需要為機(jī)器人做出的每個動作進(jìn)行復(fù)雜的編程。而在未來，它收到的將不再是一條條程序，而是一份工作單。那時，我們將不用再編寫五頁長的代碼去讓機(jī)器人按照規(guī)定順序完成動作來裝配一個簡單物品，而只需向其任務(wù)，然后系統(tǒng)就會自主把任務(wù)的技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換為程序。”
自動化靈活性
為什么這一點(diǎn)極為重要？一言以蔽之：經(jīng)濟(jì)性。為了最大限度提升競爭力，大部分制造商都想減少生產(chǎn)批次，加強(qiáng)產(chǎn)品個性化定制。然而，在傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的條件下，只能通過兩個途徑實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：盡可能詳盡地為每個可能變量進(jìn)行編程，然而這很可能會變成一項(xiàng)極其復(fù)雜、耗時且成本高昂的工作，它顯然不適用于小批量生產(chǎn)。或者可以增加生產(chǎn)線上的工人數(shù)量，但由于客戶需求瞬息萬變，且工人需要相關(guān)培訓(xùn)，這種做法不僅成本高昂，而且不切實(shí)際。
新任務(wù)？沒問題。未來的機(jī)器人無需詳盡的指示，就能裝配過去從未見過的物品。
那么，解決方案是什么呢？我們可以稱它為自動化靈活性（automated flexibility）。它的工作原理可以歸納為一個聽起來相當(dāng)簡單的過程：在收到裝配任務(wù)的明確指示后，機(jī)器人將獲得一個零部件列表及其幾何形狀的相關(guān)模型。依據(jù)這些信息，它可以計算出各式各樣的動作。就算你需要在幾個小時后改變訂單，這些機(jī)器人也*實(shí)現(xiàn)。von Wichert表示：“這一系統(tǒng)的絕妙之處在于只要給它一個新的任務(wù)描述和不同物體模型，它就能裝配出新物品，而無需重新編程。”
雖然這些生產(chǎn)線上的機(jī)器人系統(tǒng)并不能自己想出管理一座工廠的方法，但它們確實(shí)具備一定的自主性。例如，當(dāng)這種機(jī)器人伸出機(jī)械臂去抓取物體時，它會整合來自頭部和手部的攝像頭等傳感器傳來的數(shù)據(jù)，實(shí)時計算出相關(guān)的優(yōu)化動作。當(dāng)它做出行動時，它知道自己必須避免觸碰到其他物體，尤其是身旁的人類。
在面對錯誤和新情境時，使用von Wichert實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件的機(jī)器人已經(jīng)開始展現(xiàn)出它們的靈活性。例如，如果某個組件無法插入插槽，那么機(jī)器人將嘗試改變角度，再試一次。盡管大多數(shù)機(jī)器人的夾具（機(jī)械手）只能抓取單個預(yù)先定義的物體，但von Wichert實(shí)驗(yàn)室里的機(jī)器人可以使用同一個夾具來抓取五花八門的物體而無需改變硬件。Wurm指出：“我們所開發(fā)的系統(tǒng)的新穎之處在于，它能根據(jù)概括性的任務(wù)描述，自動生成具體動作。”
生產(chǎn)搭檔？
這項(xiàng)技術(shù)將有可能極大地提高靈活性。目前，西門子的研究人員與慕尼黑科技大學(xué)的一支聯(lián)合團(tuán)隊(duì)正在合作探索未來制造業(yè)最大的技術(shù)趨勢之一：人類與機(jī)器人之間的協(xié)作。慕尼黑科技大學(xué)的博士生Gerold Huber表示：“我們實(shí)驗(yàn)室中的很多人都認(rèn)為產(chǎn)品的多樣性及相關(guān)裝配步驟將出現(xiàn)爆炸性的增長。這將產(chǎn)生對機(jī)器人與人類靈活合作這一混合生產(chǎn)模式的巨大需求。”
為此，西門子與慕尼黑科技大學(xué)聯(lián)合小組正在研究人類與機(jī)器人如何在生產(chǎn)環(huán)境中互補(bǔ)，以及如何優(yōu)化它們的“社交”互動。例如，盡管未來的工廠機(jī)器人將配備視覺和力量傳感器以讓它們在即將發(fā)生碰撞時往后退，但它們絕不應(yīng)該太靠近人的臉部。
研究人員正在探究如何優(yōu)化機(jī)器人與人類工人之間的“社交”互動，如運(yùn)動速度。
運(yùn)動速度是另一個社交因素。如果機(jī)器人距離最近的人類有兩、三米遠(yuǎn)，那么它應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要盡可能地快速運(yùn)動；但如果它很靠近工人，那么它的運(yùn)動速度應(yīng)當(dāng)隨之降低。與此相關(guān)的概念是機(jī)器人運(yùn)動的“易辨識度”。當(dāng)工人與機(jī)器人合作時，機(jī)器人的動作必須足夠緩慢、足夠清晰，以便人類可以判斷機(jī)器人接下來的行為。Huber說：“我們將在動作規(guī)劃系統(tǒng)中加入諸如此類的特性。”
望向未來的實(shí)驗(yàn)室
在慕尼黑南部的西門子中央研究院中，von Wichert和他的同事正在實(shí)驗(yàn)室中部署一個配備六只機(jī)械臂的微型生產(chǎn)中心。像人手一樣的夾具能夠抓取它們此前從未見過的物體。這標(biāo)志著研究人員又向裝配復(fù)雜部件的目標(biāo)邁出了新的一步。von Wichert說：“很快，這些機(jī)器將能夠理解拿起一個東西并將之裝到另一個東西上的含義，它們將從不斷積累的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并為自己重新編寫程序。這就好像打開了一扇通向嶄新世界的大門。”