一个计量单位里的创新力 1毫米精准控制造就机器人巧 手

术锐

新华社北京6月11日电(记者张漫子 王皓然)《经济参考报》6月11日刊发文章《一个计量单位里的创新力|1毫米精准控制造就机器人巧“手”》。文章称,机器人的“手”能有多“巧”?手术室里,一支3D高清电子内窥镜和三支弯转自如、运动灵活的蛇形手术器械“手”,从一个2.5厘米直径的小口中伸入,切割、缝合,一气呵成完成腹腔镜手术,操作延时小于80毫秒。

这只每秒钟可实现千次“亚毫米级”手术精准控制的“手”的背后,是北京术锐机器人股份有限公司(以下简称“术锐”)历经数年自主研发的超700项知识产权及申请。更加“快、稳、准”的技术令手术机器人的商业应用前景更加广阔。

走进术锐的机器人生产车间,一台长有灵活机械臂的手术机器人吸引了记者的目光。它正在表演“徒手剥蛋”:一枚直径2至3厘米的生鹌鹑蛋蛋壳厚度约为0.17毫米,手术机器人正在轻松将蛋壳剥离,薄如蝉翼的蛋膜与之紧密贴合,却丝毫未破。

“这支蛇形臂是手术机器人的一部分,它拥有可大角度灵活弯转的蛇形手术臂,伸出来7厘米即可展开工作,能够灵活地在狭小空间内完成高难度、高精准度的手术。”术锐副总经理胡慧慧告诉记者,这是我国首款也是目前唯一一款能够同时覆盖泌尿外科和妇科腹腔镜手术操作的多科室单孔腔镜手术机器人,有效填补了国内空白。

手术机器人被称为机器人产业皇冠上的明珠。当前,手术机器人替代传统手术是全球医疗领域朝“高、精、尖”攀登的一大趋势,它高度精确的手术操作能力,更有利于医生进行精准的切割和缝合。

“比起4-6个多孔,单孔意味着只在皮肤上开一个不到3厘米的小口子来执行复杂的腹腔镜手术,因此单孔手术机器人研制难度极高。”术锐创始人、上海交通大学教授徐凯告诉记者,很长一段时间,国内对单孔手术机器人的研究还只停留在概念层面,并未研究出实物。

从“概念”到“实物”,这条创新路,术锐走了数年。

“尽管2009年我们已经在实验室里做出了单孔机器人样机,但这个技术当时仍有一些缺陷,蛇形手术工具结构的可靠性差,负载能力弱。”徐凯说,在尝试了无数种解决可靠性和负载能力问题的方案之后,最终实现了技术上的重大突破。

“我们独创的蛇形手术操作臂中有十余根超弹性镍钛合金细杆从头至尾贯穿,每根细杆均可承受推力和拉力。打个比方,其他手术机器人驱动一个关节,像一个人用一根绳子拉车,只能拉不能推。我们的产品,像是前面有几个人用绳子拉车,后面还有几个人在推车。因此在同样直径下,我们的结构负载力更强。”徐凯说,蛇形手术操作臂也可实现弯转方向和角度的精准控制,即使单一细杆断裂也不影响整体运动,大幅提升了臂体的可靠性。

现在,机器人的蛇形3D内窥镜和手术操作臂能够自单孔进入人体,在患者体内进行全方位、大范围的运动,兼顾高负载力和精细操控能力。

据了解,这款单孔腔镜手术机器人目前已提出全球知识产权申请700余项,其中已授权知识产权近400项,拥有完全自主知识产权。近日,它又成功完成一次远程手术。位于上海的海军军医大学第一附属医院泌尿外科王林辉教授团队通过5G与远在2400余公里外的一家医院连线,成功实施一次单孔的辅助腹腔镜左侧肾囊肿去顶减压术。

手

作为微创外科手术革命性的创新成果,随着技术的日益成熟,手术机器人的市场规模正在不断扩大。赛迪顾问医药健康产业研究中心分析师王旭表示,2023年全球手术机器人市场规模达180亿美元,其中中国手术机器人市场规模为15亿美元,在全球占比为8.3%。预计到2030年中国手术机器人市场规模将达到100亿美元,在全球占比将提高至12.2%。

“把千千万万的产品卖出去,并且能够在手术室里安全使用,这是个容不得半点马虎的挑战。”徐凯说:“腔镜手术机器人是手术机器人最大细分市场,下一步,我们将朝着更精准、更敏捷、更稳定的技术高峰发起挑战。”(完)


想买一个扫地机器人以释放双手,该如何挑选?

“拖延症病人”早已变成了时下年青人的代称,在智能化设备盛行的时期,人们能够利用这种清洁用品来释放两手,让自己免于手动打扫卫生,不妨一试呢?那麼针对品种繁多的扫地机器人而言,该怎样挑选合适自家的呢?

看导航类型

扫地机器人在工作时,是通过导航系统进行引导,自行决定清扫路径。那么在这一过程中,导航系统就显得尤为重要了,但其实扫地机的导航类型也有许多种,究竟哪种最好用呢?我们需要提前了解一下不同导航类型的特点。

1.视觉导航

视觉导航其实就是通过安装一个摄像头的方式,然后来记录室内环境和图像情况,再通过驱动控制系统来实现精准的方位与移动。视觉导航系统的扫地机器人就具备精准定位、灵活性好,便于控制等优点。

但是也具有一定的劣势,摄像头大家都是比较了解的,其对光线比较敏感,因此如果在光线过亮或过暗的环境中就可能导致定位不准。

2.陀螺仪导航

陀螺仪导航也被称为惯性导航,就是利用陀螺仪和速度计来计算自身位置和速度信息,然后在制定出合理的清洁方案。这种导航系统具有结构简单、造价低以及维修方便等优势;但可能存在不够精确的特点。

不过有些扫地机为了优化不够精确这一问题,会增加OTS光学追踪系统,在黑暗环境中也可以精准定位扫地机的清扫坐标,实时建立清扫模式。

3.红外线导航

红外线是我们比较常听到的词语,将这种技术运用到扫地机上,其实就是通过物体红外辐射进行图像采集,然后通过技术获取可见光图像。这种导航系统最大的优势就是夜间也能畅通无阻的进行工作,而且敏感度高。

4.激光导航

激光导航系统的扫地机也是比较常见到的类型,其原理是:利用激光测距传感器来获取住宅的精准距离信息,再结合专业的算法来构建室内环境地图。它的优点也是具有精准定位、能够灵活改变路径等。

缺点是控制比较复杂,而且技术先进导致成本比较高,后期维修也比较难。

机器人炒菜,真的靠谱吗?|上篇

随着自动化和智能技术的发展及广泛应用,机器人从最初仅在工业领域应用,开始逐渐渗入到了各种服务行业,近十年来市场上出现了大大小小多种中餐炒菜机器人,这些产品的开发者们,试图通过炒菜机器人来为餐饮行业赋能,或为家庭烹饪用户带来更多的方便。

但时至今日,不论是在餐饮门店,还是在家庭厨房,我们仍然很难见到炒菜机器人的“身影”,现有炒菜机器人的功能和使用体验离市场需求仍有一定距离。

用机器人炒菜靠谱吗?它到底能解决什么问题?现有产品为什么不能很好的满足市场需求?炒菜机器人应该向什么方向发展?本文在考察了目前市场上各类炒菜机器人产品的基础上,对这些大家关心的问题做一次全面的分析和梳理。

01中餐烹饪其实很复杂!

1.什么是烹饪?

“烹”就是煮的意思,“饪”是指熟的意思。烹饪就是:做饭做菜,烧煮食物。

笼统地说,烹饪是对食物原料进行热加工,将生的食物原料加工成熟的食品;具体地讲,烹饪是指对食物原料进行合理选择调配,加工治净,加热调味,使之成为色、香、味、形、质、养兼美的安全无害的、利于吸收、益人 健康 、强人体质的饭食菜品,既包括调味熟食,也包括调制生食。

2.中餐烹饪的技法种类

在中华文明几千年发展过程中,中餐烹饪产生出很多的烹饪方式,初步总结归纳有以下不同方式:

(1)用油传热:炒,煎,贴,烹,炸,熘,煸等。

(2)炒后水传热:熬,烩,焖,烧,扒等。

(3)用水传热:氽,涮,煮,炖,煨,焐等。

(4)用汽传热:蒸,鲊等。

(5)其它:卤,酱,熏,烤,炝,腌,拌,拔丝,焗等。

3 .中餐炒菜及工艺流程

在以上众多中餐烹饪方式中,炒是使用最多的方式,占到家庭烹饪菜肴的80%以上,占餐厅烹饪菜肴60%以上。而炒也是成熟最快、味道最香、营养保持较好的烹饪方式。但因为炒菜要求爆火急炒,对烹饪技艺的要求也是最高的。

中餐炒菜工艺流程分以下主要部分:

(1)食材准备。烹饪首先要有原料,又称为食材。好的烹饪要求有新鲜优质的食材。食材准备包括选(选材)、洗(清洗)、切(刀工)、配(配比),有些还需要预制,比如提前腌制、发泡、过油、过水等。

(2)油、调味料、勾芡液的准备。要选择适合烹饪的油料、各种调味料(如:盐、糖、花椒粉、胡椒粉、五香粉、大料f、十三香、料酒、生抽、老抽、蚝油、豆瓣酱、番茄酱、甜面酱等),这些是炒出美味不可或缺的部分。

(3)烹炒准备。就是要有炒菜的基础设施,首先要选择合适的热源(燃气炉具或电加热炉具),要能产生足够强的火力,使炒锅内的温度能达到相当的高温。其次是选择合适的锅具,导热好,热量分布均匀,重量合适。然后是厨师对火候(温度)的把控。

(4)烹炒过程。厨师根据对温度变化的判断及菜谱要求,决定油料、食材和调味料投放的次序和时间。再通过颠勺、刮铲(划散、翻转、压煸等)、移锅、调火,使锅内食材均匀受热,快速成熟,从而完成菜肴的烹制。有些菜需要分步烹制时,还要做些暂存周转的处理。最后达到菜肴成熟而不过熟,有锅气而不糊锅,有些菜肴在出锅时还要通过勾芡来使菜品成色鲜亮。

(5)菜肴出锅、装盘和摆盘。

(6)锅具、厨具及操作环境的清洗。

中餐炒菜所对应的技术主要包括:(1)刀工技术;(2)投料技术;(3)掌控火候技术;(4)上浆、挂糊、勾芡、泼汁等技术;(5)调味的时间和数量掌握技术;(6)颠勺、刮铲等翻炒技术;(7)装盘及摆盘技术等。

中餐小炒的“锅气”是炒菜成为主流菜肴的基础,也是现炒即食菜肴广受欢迎的主要原因。

4.影响中餐炒菜品质的主要因素

(1)食材的选材;好食材是烹制美味的基础。

(2)食材的刀工;刀工影响食材的成熟速度,影响食客的口感和观感。

(3)食材的预制;影响食材的入味及成熟时间。

(4)烹饪动作和火候控制(热源、锅具、刮铲、颠勺动作等);是烹饪最关键的部分,影响食材受热的均匀和菜肴的成熟速度和程度。

蛇形

(5)食材和调味料投放次序、数量和时点:影响菜肴的味道和对人的营养及 健康 。

中餐菜肴讲究烹调,“烹”体现在对火候的控制上,而“调”就是调味料的合理使用。“火候”是中国菜中最难处理也是最重要的因素。

02为什么需要炒菜机器人?

1.什么是机器人

机器人(Robot)是一种能够半自主或全自主工作的智能机器,具有感知、决策、执行等基本特征,可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂及重复性高的工作,提高工作效率,保证质量标准,服务人类生活,扩大或延伸人的活动及能力范围。

国际标准化组织对机器人的定义是:一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。

机器人自上个世纪中期诞生,最初的几十年时间里主要应用在工业领域,从本世纪初才开始逐渐进入服务业,如扫地机器人、搬运机器人、迎宾机器人、消防机器人、巡逻机器人、手术机器人、陪伴机器人等。随着人口老龄化加速及青年一代择业观念的改变,机器人将被越来越多的应用到人类生活的方方面面。

2.炒菜机器人要解决的问题

炒菜是中餐烹饪技艺中相对复杂的技艺,在世界烹饪技艺中也称得上是最复杂的。所以,中餐炒菜的厨师是需要在专门的烹饪学校跟师傅长期学习和实践的。

中餐炒菜也是体力活,厨师要在烟熏火燎的环境中,每天与锅、铲、炉、灶及油、盐、酱、醋和各类食材打交道,大部分厨师的日常工作都是单调和重复性的,缺少挑战性,很容易导致职业疲倦。

因此,从本世纪初开始就不断有人尝试发明设计炒菜机器人。有些是从餐饮行业商业应用角度考虑的,有些则是从家用角度考虑的。炒菜机器人试图解决以下方面的问题:

商用方面

(1)解决餐厅厨师(及厨工)替代问题。其主要考虑解决的是厨师难招、厨师难管以及不断增长的厨师用工成本问题。

(2)解决炒菜品质的稳定问题(出品的一致性问题),尤其是连锁餐饮企业。

(3)解决餐厅菜肴品种经常更换问题(适应客户口味经常变化的需求)。

(4)解决行业的标准化和智能化问题,实现数字时代的产业升级,提高餐饮服务的效率和质量,降低总体运营成本,提升盈利水平。大大提高连锁餐饮企业对门店的把控能力。

(5)通过炒菜机器人靠近用户端的现炒,提升用户口感体验,弥补现有由央厨制作餐盒到终端复热的预制供餐模式导致的在口味、品质、营养等方面的损失。

(6)通过与食材供应链合作降低综合运营成本,减少门店用工及后厨面积,提升门店的运营效率,提高整体盈利能力。

家用方面

(1)解决大多数人不会炒菜、不愿意炒菜及没时间炒菜的问题。

(2)打通家庭餐饮与食材供应链的衔接,省去买、洗、切等相关繁琐的家务劳动。

(3)在家能享受到更好的餐饮体验,大厨品质,丰富品种、安全可靠,营养选择等。

(4)现炒即食菜肴在口感、营养和卫生安全等方面显著优于外卖快餐。

03炒菜机器人是怎么工作的?

1.炒菜机器人的设计思路

炒菜机器人主要解决的是在烹饪阶段的工作,基本涵盖以下方面:

(1)锅体及其加热的控制。锅体的形状和大小,锅体的材质(是否加特氟龙涂层),热源的选择,加热温度的控制等。

1毫米精准控制造就机器人巧

(2)食材投料的方式和控制。食材盒形状及装填方式,是否密封?如何实现分别投料?一次投一份菜的食材,还是多份菜的食材?

(3)油、水和调味品投料的方式和控制。调味品的状态(粉体、液体、酱料、勾芡汁等)、容器和投料控制方式。

(4)食材在锅体内翻转、划散的方式和控制。实现翻转的手段和控制方式。

(5)食材分步烹饪技艺要求的周转暂存。模仿厨师分步烹饪的技艺。

(6)完成烹饪后菜肴的装盘方式。是否可以自动装盘及出盘。

(7)烹饪结束后的清洗。包括锅体内清洗,及相关部件及区域的清洗。

(8)烹饪过程中的油烟处理。

(9)其它辅助设施。如油的预加热、水的加热(清洗)、油的回收(过油后回收及复用)、清洗污水及残渣的处理、菜盒的冷藏保鲜等。

(10)设备的操作屏、控制板及与管理系统和线上订餐系统的通信等。

2 .现有炒菜机器人设计的技术路线、特点和难点

炒菜机器人设计的技术路线在烹饪的不同阶段有不同的体现,具体差异如下:

锅体与刮铲方面:

(1)在传统炒锅上增加了自动旋转刮铲,有的是在锅的中央设置一个旋转刮铲,由锅体下面的电机驱动;有的是在锅盖上设置刮铲,电机在锅盖顶部,锅盖盖住锅体时可以通过刮铲旋转,起到搅拌及划散作用;也有设计成半圆柱体的锅体,靠旋转搅拌杆实现锅体内食材的翻转。这种设置都是在锅体固定的情况下烹饪,无法比拟厨师的颠勺技艺,刮铲的作用也非常有限。

(2)在传统炒锅上增加了两个机械臂,靠机械臂模仿厨师的颠勺动作。这种方式存在空间占用大、噪音大以及为提高系统稳定性而增加额外的配重等缺点,同时在烹饪过程中容易导致锅内食材飞溅出来。

(3)圆筒形状的锅体,上面开口,底部为平底或略带有弧度,有些底部设置有凸出的棱。圆筒可以围绕其中轴线自转,也可以在一个竖直的平面上翻转,投料和出菜时向上或向下翻转,炒菜时维持一个斜上的角度自转,在自转过程中依靠底棱而实现食材在锅体内有限的翻转。

圆筒形锅体因为没有刮铲设计,导致其清洗要靠水流和锅体内壁的特氟龙涂层,而特氟龙涂层在温度过高时会产生对人体有害的物质,所以这种锅体的温度通常被限制在260度以下,对一些需要用更高温度火候爆炒烹饪的菜品会无法支持。

(4)釜形的锅体。这种锅体实际上相当于传统炒锅和圆筒形锅体的整合,釜在旋转时像圆筒形锅体,可以通过改变旋转加速度而产生急停抛掷(相当于厨师颠勺)的效果,在其斜置时,其抛面又像传统炒锅一样,可使食材平铺,受热均匀。釜形锅体还可以配上可进出的刮铲,既可以辅助烹饪时的翻转和划散,也可以辅助烹饪后的锅体清洗。因为有了刮铲,所以釜体内不需要使用特氟龙涂层,可以实现大厨爆炒时的高温火候。

以上锅体目前基本上都是使用电感线圈围绕的电磁加热,其优点是可以精准控制和调节温度。

炒菜机器人的锅体和刮铲部分,是调控烹饪“火候”的关键因素,也是决定烹饪品质和效率的基础。

食材投放方面

(1)目前食材投放的方式有人工投料和自动投料两种,而自动投料又有分体式和一体式之分。所谓分体式投放,是食材料盒与设备没有集成为一体,投放时由外部的机械装置,将料盒内的食材分次投入锅体内。而一体式的食材投料,是将料盒置入到设备中,靠设备自身的机构,完成诸如撕膜、开盖、倾倒等动作。

(2)目前大多数食材投放都是一次只投放一个料盒,仅供烹饪一份菜使用。最近已经有了一次投放一组多个料盒,供连续烹饪多份菜肴的设备,使得炒菜机器人在无须人工干预情况下实现连续自动烹饪成为可能。

调味料投放方面

调味料投放是比较复杂的,因为中餐调味料种类繁多,而且通常需要在烹饪不同阶段(热油后、烹饪中、出锅前)投放。虽然目前也有多种复合调料包出现,但在炒菜方面无法达到传统烹饪技法所能实现的出品味道。

调味料除了品种多外,还因为其形态不同,容易导致在储放、输出、计量控制、防结块、防起拱、防沉淀、防堵塞、管道清洗等多方面出现问题。调味料若无法实现相对准确的定量投放,将直接影响到菜肴的口味和品质稳定性。

目前,有些炒菜机器人全部使用液体调味料(将盐、糖等粉末状变成盐水和糖水),有些则采取部分液体调味料加调味包(通常将调味包放入菜盒中,与最后投放的食材一起投入)。也有通过创新设计解决了全部粉料、液料、酱料及勾芡液的投放,可以支持全部投放与厨师保持一致的水平,这样可以炒制更丰富的菜肴品种。

炒菜机器人自带调味料投放系统还可以支持用户根据各自的口味偏好而进行有关口味方面的个性化选择和定制。

装盘及出菜方面

目前大部分炒菜机器人是在烹饪结束或即将结束时由人工放盘,然后炒锅(圆筒)翻转,把菜肴倒入盘中,有的需要人工再用锅铲等工具辅助扒一下。

也有使用盘库存放多个盘子,待烹饪即将结束时,通过设备内的机械臂将顶部的盘子移到出菜口下方,锅体自动翻转将菜肴全部倒入。装好盘的菜再通过机械臂自动推出,供用户完成自助取菜。

清洗方面

(1)锅体内的清洗一般采用高压水流清洗的方式,对于有涂层的锅体,每次烹饪后马上清洗,基本可以不影响下一份菜的烹饪。但如果糊锅或有勾芡等粘性物质时,仅靠水流清洗不一定能清洗彻底。

(2)有的锅体配备了刮铲,且刮铲可以与锅体内部形成线接触方式,可以配合高压水流清洗,有效解决焦糊物和粘性物冲洗不掉的问题。

(3)除了锅体内部的清洗外,还涉及烹饪环境中其它部分的清洗,如菜盒投料区域、装盘区域等,这些区域目前大部分是在一个单元烹饪任务完成后,由人工清理。也有通过封闭不同区域,加高压水喷头来实现自动清洗的。

控制

(4)调味料管道也存在清洗问题,如果长时间不清洗会导致留存在管道中的材料变质,或粉末状调味料受潮结块影响投放量控制甚至完全失效。

(5)清洗后废水和废渣的处理。废水一般直接流入下水道,而废渣过滤后,在每个单元烹饪任务完成后进行人工清理。

油烟处理方面

油烟是中餐炒菜中必然出现的,目前的炒菜机器人本身并没有有效的油烟净化设置,通常都是借助抽油烟机的方式,通过烟道排出外面后再做处理。所不同的是,有些设备的烹饪部分并没有封闭设计,这会导致油烟在外部的弥散。而有些设备通过内部的壳体设计,可以把油烟封闭在壳体内,靠抽风设施全部吸走。

操作屏及控制部分

大部分炒菜机器人都设置了操作触屏,用于直观的菜谱选择和一些有关功率、口味等选择操作功能,同时显示菜品内容、图像、烹饪时间进度等信息。

而炒菜机器人的控制系统有专用控制板,也有用PLC控制的。

部分炒菜机器人可以通过WiFi或蓝牙模块实现与系统或手机端的连接,从而实现远程控制或用户自助操作。

其它辅助设计

(1)周转(暂存)装置,用于实现分步烹饪的技艺,如在将肉丝烹饪接近成熟时,先通过周转机构暂存在一边,设备继续投料烹饪其它食材,最后再将肉丝倒回锅体中,与其他食材一起达到最后的成熟、出锅。

(2)油预加热系统。可以在连续烹饪时,减少等待冷油入锅内升温的时间,马上启动食材的烹饪。可以显著提高烹饪效率,快速完成烹饪。

(3)加热水系统。可以支持用热水清洗设备,便于快速清洗掉油污,以及在连续烹饪过程中,清洗后仍保持锅体的温度。

(4)冷藏模块。供食材盒区域内冷藏保鲜的需要,适用于一次投放多组菜盒,在一个单元时间段内连续烹饪时,保证菜盒内食材的新鲜。

总结一下,中餐炒菜机器人的难点并不在能否炒熟菜上,而是在于能否炒出媲美专业厨师的烹饪品质上,在于能否达到及超过专业厨师的效率上,在于能否达到完全替代人工的效果上,以及在与食材供应链(菜盒制备运送)合作方面,能否使整体运作成本显著降低上。

3.现有炒菜机器人的种类和特点

按烹饪锅体进行分类,可以分成三种,分别是:锅加转铲炒菜机、转筒炒菜机器人和转釜炒菜机器人。

按每份烹饪份量,可以分为:单份机、中份机和大份机。单份机适合与1到2人用餐;中份机适用于单位团餐,一份可供10-15人分享;大份机往往用于中央厨房,主要用于大批量制作盒饭时的配菜。

按服务用户对象分,可以分为:家用型(包括社区、便利店)、商用快餐型、商用团餐型、商用央厨型。

——家用型每次烹饪一小份,可供一人食用或两人分享,机器人尺寸较小,可以放在台面上,单菜盒投放,单菜烹饪。

——商用快餐型一次可烹饪1-3单人份,可用于 社会 餐饮的各类门店。有些设备可实现多菜盒投放,连续自动烹饪,及提供自助取菜。

——商用团餐型一次烹饪10-15份(一大中盘),可供团餐中分餐、自选等多种形式的供菜。

——商用央厨型,专供中央厨房制作盒饭的配菜,每次烹饪几十公斤的菜肴。品质无法于小炒菜相比。(因属专用设备,本文不再详细讨论)

从烹饪品质方面看,单份菜的品质最好,因为受热集中且均匀,加热快,成熟快。当然,也与锅体加热温度及调味料种类密切有关。

由于篇幅限制,本篇只阐述了全文一半内容,下篇干货将主要陈述以下几个核心内容:炒菜机器人能用在哪里?炒菜机器人真的要“靠谱”、炒菜机器人需要食材供应链支持以及炒菜机器人未来可期!

机器人下一个发展方向是什么?

提到机器人,可能一般人都在脑子里想到的是美国大片里的机器人模样,能走会跑会说话,这是日常生活中的机器人形象。而在工业机器人的世界里,经常被讨论和使用的是单臂机器人,因为,最早研发和推广的也是单臂机器人。不过,笔者认为,根据目前劳动生产状况、市场的需求、单臂机器人自身的局限性及人类本身的因素,双臂机器人很可能就是机器人的下一个发展方面。

繁重的劳动需要双臂机器人

单臂机器人的应用领域在工厂流水线居多,比如喷涂油漆,汽车零部件安装等等。不过在很多繁重的物流活动领域,单臂机器人无法完成这样的工作。在货运码头、大型物流仓库地方,往往需要组装、拆卸、分拣、搬运、包装等多重程序,单是搬运这一简单的程序,单臂机器人就无法胜任了。原因很简单,搬运需要两只手,而它只有一只手。企业需要雇大量搬运工人,支付高额的工资。

这种情况下就需要双臂机器人来代替人工,帮助企业节省不必要的费用了。而作为全球著名的自动化设备生产商柯马注意到了这一点。在前年的德国慕尼黑机器人自动化展览上,该公司推出了一款名为RML的双臂机器人,据介绍,RKL双臂机器人可有效负载10kg的货物,最大工作半径为4124毫米,重复精度0.05,。这款RML机器人而且用途广泛,包括组装、拆卸、分拣、搬运包装、机床上下料、测量测试、木制品和玻璃制品加工。更值得关注的是,强大的双臂负载不但稳定安全,而且灵活多变,双臂同时操作的程序精准有序,高效率,“不打架”。

无独有偶,日本安川电机也研制的一款工业机器人MOTOMAN ,它是一款能通过7轴驱动再现人类肘部位的双臂型机器人,该机器人很好地实现了人类双臂的动作及构造要求,因此跟柯马的RML相比,这种机器人不但可以稳定搬运工件,还可以从事紧固螺母以及部件的组装插入等作业。

最大的不同是,MOTOMAN 这种机器人设置面积小,其精简化的双臂及身躯可以用来进行协作和运作高难度的动作,并且动作高度化,这类型小型双臂机器人在装配、物流等用途上可以用来代替人工,缩短工作时间,使生产率提高。此外,它还能够适应防尘型的控制器DX100,也可以使用小型、轻量的控制器FS100与其搭配。如此说来,双臂机器人在搬运和物流领域的应用前景很广阔。

人会累而双臂机器人不会

机器虽然永远超越不了人类,毕竟是人生产的。但在持续作业时间和劳动的强度上,机器跟人相比具有无比的优越性。很简单,人会累,而机器不会。

在去年中国国际工业博览会上,柯马重磅推出创新双臂拟人机器人概念单元AMICO,充分彰显柯马先进的创新研发与领先的市场洞察。

对此,柯马集团机器人事业部首席运营官Mathias Wiklund把人类的双臂和双臂机器人作了对比,他说,人类是一种非常完善的物种,人类通过双臂特别适合进行生产制造,而机器人模拟人类的双臂就是希望借鉴这种优势,做到更加协调的机械臂间的合作,就像人类一样,可以协调的控制双臂。

Mathias Wiklund强调,我们可以肯定的是,双臂机器人注定是工业机器人发展中的一个方向。人类的双臂非常具有创造性,但是一致性比较难以保证,可能因为各种因素,早上和晚上工作效率就会有差别;而在这方面机器人就可以做到每天24小时从产品性能到生产执行保持一致性。

而柯马中国区副总裁及机器人事业部总经理贺万民先生共同出席了发布会也表示,在一个生产流水线上,需要工装和机器人合作,工装负责一部分工作,而机器人再进行相应的作业。双臂的概念就是是把工装取消,通过双臂可以直接完成整个动作。智能制造将来将越来越拟人化,与人的自然能力越来越接近。

大量生产流水线需要双臂机器人

自从人类进入工业化时代,流水线作业是所有生产企业的普遍形式。根据分工,把人固定在一道工序上劳动。这是劳动力密集型的产品和企业采用的模式,但是也是中国乃至全球60%发展中国家和地区采用的生产方式。工厂了为了赶进度,加班加点是常事。如果长期以往,工人得不到充分的休息,疲劳生产,对产品的质量也会有很大的影响。而单臂机器人也在推广和应用来代替工业,降低工业的劳动强度和难度。

大量劳动密集型企业都是电子产品制造业企业,电子产品的组装单臂机器人在这方面有很大的局限性。比如,焊锡工作,往往需要人一只手固定电子元件,一只手焊,而单臂机器人无法做到这一点,双臂机器人能轻松解决这一问题。

前不久,ABB集团最初开发YuMi是为了满足电子消费品行业对柔性和灵活制造的需求,未来也将逐渐应用于更多市场领域。YuMi是一个协作的双臂组装解决方案,具有视觉和触觉。YuMi都能以其精确性轻松应对,甚至连穿针引线都不在话下。

据报道,索尼已向ABB下单购买其名为YuMi的双臂协作机器人。机器人将被位于南威尔士的索尼英国技术中心用于拾取和放置电路板零件,主要为研发而用。该技术将有助于索尼提高其PCB装配技术并在大容量电路板生产中充分享受协作机器人所带来的益处。

ABBYuMi产品经理ColinDullaghan认为新机器人(价格在4万英镑以上)将有助于中小型以及大型制造商提高生产力并对客户不断变化的需求做出快速反应。他表示,由于这款机器人的多种应用得到更广泛的认可,电子行业以外的其他行业对该产品的兴趣也越来越大。

索尼英国技术中心总经理兼工程主管KevinEdwards表示:“该款机器人将为我们顾客利用他们的技能组合创造了机会。我们很期待这款协作机器人即将带来的更进一步的好处。”可见,双臂机器人在流水线作业方面是未来一大发展方向。

双臂机器人更智能化更灵活

单臂机器人即是被应用与众多领域,不过灵活性还要大大提高。比如,如果一个单臂机器人被安装在一条流水线上,工厂有需要把该机器人移动到另外一条流水线上,需要配合不同的工序作业,这种情况下,该单臂机器人很难适应新环境。

机器人

精工爱普生集团宣布已开发出自律型双臂机器人样机,将扩大工厂自动化的作业范围。该款机器人具备视觉及力度感应功能,可通过物品识别、决策、动态力度调节自律执行任务。能够根据工厂自身的需要移动到任何一条流线上。只要给自律型双臂机器人调整工作程序就行了。相比单臂机器人,这种自律型双臂机器人的更加灵活多变。

就像人类的眼睛一样,爱普生自律型双臂机器人可准确识别物品在三维空间中的位置及方向。机器人的双臂配备了最新研发的力度传感器,可模拟人类对机械臂臂力进行控制,安全无损地输送及装配物品。机器臂将标配一款多功能末端执行器,可对不同形状、不同尺寸的物品实施抓取、固定和插入操作。只要教会它作业对象和场景,机器人即可执行多种任务。

双臂机器人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。所以,发展双臂机器人是未来的必然方向。

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