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在通用的汽車生產(chǎn)車間，每60秒或者90秒就會(huì)有一架汽車車身被放到流水線上，如果在這個(gè)過(guò)程中，發(fā)生機(jī)器人停機(jī)，那制造商就將承受每分鐘20000美元的損失，單水線的停線尚且會(huì)蒸發(fā)上百萬(wàn)美元，如果機(jī)器人故障導(dǎo)致的是整個(gè)車間的癱瘓，那這筆天價(jià)損失就將會(huì)轉(zhuǎn)嫁到供應(yīng)鏈、汽車經(jīng)銷商、汽車車隊(duì)甚至是單個(gè)的汽車消費(fèi)者身上，如同倒下的多米諾骨牌，這些不良影響是巨大而深遠(yuǎn)的。
在自動(dòng)化產(chǎn)線中，一臺(tái)機(jī)器人罷工引發(fā)的全線癱瘓究其原因是機(jī)器人與機(jī)器人之間沒(méi)有產(chǎn)生協(xié)作，“多機(jī)協(xié)作”的概念應(yīng)運(yùn)而生。事實(shí)上，密集型的流水線一定會(huì)帶來(lái)“多機(jī)協(xié)作”的要求，機(jī)器人與機(jī)器人之間有信息共享的需求。
毋庸置疑，機(jī)器人從單機(jī)自動(dòng)化到產(chǎn)線自動(dòng)化，這是一個(gè)不可逆的趨勢(shì)，而“多機(jī)協(xié)作”正是這一趨勢(shì)的“必然產(chǎn)物”。
擁抱趨勢(shì)
“不要與趨勢(shì)為敵！”在去年的發(fā)布會(huì)上，雷賽智能應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)楊力說(shuō)，在單機(jī)自動(dòng)化向產(chǎn)線自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)下，運(yùn)動(dòng)控制“總線”時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
從脈沖控制到總線控制，從一臺(tái)控制器只能控制一臺(tái)機(jī)器人到一臺(tái)控制器可以控制多臺(tái)機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)控制方式的變化，使得“多機(jī)協(xié)作”成為可能。從某種意義上來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制“總線時(shí)代”的來(lái)臨也就意味著機(jī)器人已經(jīng)告別了“單打獨(dú)斗”的時(shí)代，進(jìn)入到了“多機(jī)協(xié)作”層面。
從概念上來(lái)看，“多機(jī)協(xié)作”與“多工序”概念不同：“多工序”就是我們兩個(gè)約定好，你是工序一，我是工序二，不該我做的我就不做；而“多機(jī)協(xié)作”是我做不完的時(shí)候你來(lái)做。這種機(jī)器人之間的任務(wù)分配和協(xié)同除了能夠避免一臺(tái)機(jī)器人罷工而引發(fā)的全線癱瘓之外，還具有更多的優(yōu)勢(shì)。
就像人與人之間產(chǎn)生對(duì)話，就能做很多事情，讓機(jī)器與機(jī)器之間產(chǎn)生對(duì)話，能做的事情會(huì)更多，這也是實(shí)現(xiàn)“多機(jī)協(xié)作”的意義所在。
一臺(tái)機(jī)器人不管速度有多快，也有一個(gè)極限。比如一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人目前一分鐘多可以抓80片，而SCARA機(jī)器人能抓60片，六軸機(jī)器人只能抓20—30片。但是如果多幾臺(tái)機(jī)器人協(xié)作完成任務(wù)，必然會(huì)帶來(lái)效率的提升。
此外，在智能工廠的建設(shè)過(guò)程，難的部分就是將機(jī)器人等核心技術(shù)設(shè)備集成到產(chǎn)線上去， 因?yàn)闄C(jī)器人并不像人一樣能夠非常方便安排到產(chǎn)線中去。只要讓機(jī)器人能夠像人一樣溝通，那么產(chǎn)線的安排就可以變得更加靈活。
有業(yè)內(nèi)人士表示，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，每臺(tái)都需要配一個(gè)電機(jī)柜，使用多機(jī)協(xié)作之后，一個(gè)控制器就能把很多機(jī)器人集成在一起，既降低了成本又節(jié)省了空間。與單體機(jī)器人相比，多機(jī)器人系統(tǒng)完成任務(wù)的效率高、任務(wù)復(fù)雜程度高、信息傳遞速度快、定位信息更準(zhǔn)確。
聞風(fēng)而起
近兩年，多機(jī)協(xié)作的趨勢(shì)發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越明顯，勃肯特董事長(zhǎng)王岳超表示，現(xiàn)在已經(jīng)很少有單機(jī)運(yùn)行了，基本上都需要多機(jī)型、多任務(wù)配合完成。
近段時(shí)間，針對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用，勃肯特研發(fā)了基于視覺(jué)的多機(jī)器人任務(wù)分配算法，使用視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)局部觀察獲取環(huán)境信息，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程選擇任務(wù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)從局部到全局的針對(duì)多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)分配。
眾為興認(rèn)為“多機(jī)協(xié)作”主要解決生產(chǎn)線上三個(gè)問(wèn)題：機(jī)器人之間信息溝通、機(jī)器人對(duì)工作結(jié)果的智能判斷、整個(gè)產(chǎn)線的任務(wù)分配。
此前，眾為興在SCARA的應(yīng)用基礎(chǔ)上研發(fā)了“多機(jī)協(xié)作”工作站， 通過(guò)將SCARA機(jī)器人配合AVS視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步跟隨分揀，視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)識(shí)別、定位，從而使得機(jī)器人實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作。
作為國(guó)內(nèi)型的機(jī)器人企業(yè)，埃斯頓也是先意識(shí)到風(fēng)向的企業(yè)之一。事實(shí)上，埃斯頓自動(dòng)化核心部件產(chǎn)品線已完成從交流伺服系統(tǒng)到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，業(yè)務(wù)模式正在實(shí)現(xiàn)從單軸—單機(jī)—單元的全面升華。
去年工博會(huì)上，埃斯頓旗下運(yùn)動(dòng)控制品牌Trio也帶來(lái)了基于小型工作站的智能控制單元解決方案。據(jù)埃斯頓自動(dòng)化智能控制單元事業(yè)部總經(jīng)理朱磊介紹，ESTUN智能控制單元解決方案是基于ESTUN的Trio控制器平臺(tái)，將ESTUN機(jī)器人、交流伺服系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)等集合在一起，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制器協(xié)同控制多臺(tái)機(jī)器人、伺服軸、視覺(jué)系統(tǒng)、邏輯控制，為客戶提供全面一體的自動(dòng)化解決方案。
在機(jī)器人多機(jī)協(xié)作的趨勢(shì)下，納博特自主研發(fā)了控制系統(tǒng)解決方案NRC控制器。據(jù)納博特總經(jīng)理張曉龍稱，納博特一臺(tái)控制器多支持8臺(tái)機(jī)器人同時(shí)協(xié)作，并且可以在同一個(gè)系統(tǒng)中部署多種形態(tài)機(jī)器人，真正實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作。該控制器還可方便地切換機(jī)器人并進(jìn)行示教操作，使得多機(jī)協(xié)作像單機(jī)控制一樣簡(jiǎn)單，只需一鍵操作，即可自由切換。
其多機(jī)協(xié)作的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：一、有效減少費(fèi)用，減少初始投資，4臺(tái)機(jī)器人可減少75%的控制系統(tǒng)費(fèi)用；二、群控協(xié)作工藝，提升生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率30%以上；三、節(jié)省體積：節(jié)省50%以上的占地面積。
機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存
盡管總線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)給“多機(jī)協(xié)作” 帶來(lái)了可能，但也需要面對(duì)新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。
正如納博特總經(jīng)理張曉龍所說(shuō)，多機(jī)協(xié)作還有很多困難需要克服，脈沖控制一臺(tái)控制系統(tǒng)只能控制一個(gè)軸，無(wú)法進(jìn)行擴(kuò)展，但是基于總線之后，就可以擴(kuò)展多軸，但擴(kuò)展多軸之后，軟件的復(fù)雜率也急劇上升。
事實(shí)上，多機(jī)協(xié)作一直作為行業(yè)痛點(diǎn)存在，因?yàn)槠渖婕暗胶芏鄬用?，具體流程分為以下部分：多機(jī)互聯(lián)互通——機(jī)器視覺(jué)感知環(huán)境——獲取任務(wù)信息——多機(jī)統(tǒng)籌策略——策略執(zhí)行結(jié)果反饋。其中任務(wù)統(tǒng)籌分配是整個(gè)多機(jī)器人系統(tǒng)通暢運(yùn)行的基礎(chǔ)。
與“人機(jī)協(xié)作”強(qiáng)調(diào)機(jī)器人與人的協(xié)作不同的是，“多機(jī)協(xié)作”強(qiáng)調(diào)的是機(jī)器人和機(jī)器人之間的協(xié)作，“多機(jī)協(xié)作”是“一對(duì)多”的關(guān)系，這也就意味著，“多機(jī)協(xié)作”的關(guān)系比“人機(jī)協(xié)作”要難處理得多。
在張曉龍看來(lái)，多機(jī)協(xié)作需要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器獨(dú)立運(yùn)行，一臺(tái)機(jī)器報(bào)錯(cuò)報(bào)警也不影響其它機(jī)器的運(yùn)行，這個(gè)主要體現(xiàn)了軟件控制上的能力。
而軟件能力也正是勃肯特正在突破的，勃肯特研發(fā)的基于視覺(jué)的多機(jī)器人任務(wù)分配算法搭載自主研發(fā)的BeMotion運(yùn)動(dòng)控制器, 通過(guò)將視覺(jué)實(shí)時(shí)獲取的物料密度、多臺(tái)機(jī)器人的抓取速度節(jié)拍、傳送帶實(shí)時(shí)速度等實(shí)際因素作為模型輸入因子，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+決策樹(shù)作為算法模型，通過(guò)大量訓(xùn)練樣本進(jìn)行無(wú)監(jiān)督式學(xué)習(xí)，不斷提升算法模型的準(zhǔn)確度，終將任務(wù)準(zhǔn)確合理地動(dòng)態(tài)分配給多臺(tái)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了物料完整、有序地抓取和多臺(tái)機(jī)器人合理地利用。
當(dāng)任務(wù)統(tǒng)籌分配系統(tǒng)中某臺(tái)機(jī)器人發(fā)生故障后，任務(wù)分配算法會(huì)將該機(jī)器人的任務(wù)自動(dòng)分配至其他正常機(jī)器人的抓取任務(wù)中，以保障正常的抓取效率，當(dāng)故障機(jī)器人恢復(fù)正常后，其他機(jī)器人會(huì)將任務(wù)自動(dòng)分配回原故障機(jī)器人以繼續(xù)進(jìn)行抓取任務(wù)。
除了軟件控制能力之外，多機(jī)協(xié)作還需要面對(duì)的是硬件的適配問(wèn)題，為了解決適配性的問(wèn)題，納博特NRC控制系統(tǒng)支持一臺(tái)機(jī)器人配置不同品牌伺服。支持設(shè)置每一臺(tái)機(jī)器人每一軸的伺服品牌型號(hào)，令擴(kuò)展變?yōu)闊o(wú)限可能。無(wú)論是松下、多摩川，還是清能德創(chuàng)、臺(tái)達(dá)、東元、圖科等品牌的伺服，都能適配。
而勃肯特多機(jī)協(xié)作任務(wù)分配算法既可以植入控制器中，也可以植入視覺(jué)系統(tǒng)中。“我們把這個(gè)功能作為一個(gè)執(zhí)行文件，導(dǎo)入哪里都可以使用，這樣做的好處是使得這個(gè)功能不挑剔硬件，不限定品牌。”王岳超說(shuō)。
從整個(gè)智能工廠來(lái)看，朱磊認(rèn)為，構(gòu)建智能工廠真正的難點(diǎn)在于怎樣把工廠中這么多的設(shè)備、數(shù)據(jù)甚至純數(shù)字化的東西提煉成信息化。智能控制單元解決方案實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人控制、邏輯控制、視覺(jué)控制以及運(yùn)動(dòng)仿真等多功能，運(yùn)動(dòng)仿真提率、多機(jī)協(xié)同降低成本、自由布線更大程度地節(jié)省空間、軟硬一體更加易用，有效提升用戶體驗(yàn)。
(原標(biāo)題：機(jī)器人“脫單”進(jìn)入“多機(jī)協(xié)作”時(shí)代)
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