给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

提到机器人伤人,你会想到什么?对于普通人来说,“机器人对人类造成伤害”这种概念可能还停留在科幻电影中,比如《终结者》系列,或者是威尔·史密斯主演的《我,机器人》。

但对于一个身处生产现场,每天和制造设备打交道的普通工人或技术人员来说,工业机器人伤人就不再只是一个概念,它确实有可能发生,并且造成的后果十分严重。

1978年9月6日,日本广岛一家工厂的切割机器人在切钢板时,突然发生异常,将一名值班工人当作钢板操作,这是世界上第一宗机器人伤人事件;1979年1月25日,年仅25岁的美国福特工厂装配线工人Robert Williams,在密歇根州的福特铸造厂被工业机器人手臂击中身亡;2001年,一名汽车厂工人在进入机器人防护笼进行清洁工作时,被机器人扼住喉咙压迫在滚轮下,最终窒息身亡;2015年7月,一台突然启动的机器人击中美国一汽车工厂装配工头部,并致其死亡,同样是2015年,德国大众汽车制造厂中一台机器人突然“出手”击中一位正在安装和调制机器人的技术工人胸部,并将其碾压在金属板上。

那能不能不用工业机器人?答案自然是否定的。一个不能被忽视的问题是,现代化的生产制造体系必须要依靠大量的工业机器人,工业机器人的智能化、灵活高效等特点使其能够很好地帮助工厂完成生产任务,工业机器人的部署数量往往也是一个工厂智能化程度的重要考量标准之一。根据国际机器人联合会(IFR)发布的《2020年全球工业机器人报告》,全球工厂中运行的工业机器人已经达到了270万台。

这是一个不可逆的全球制造系统的演进趋势,而且就全产业来说,实现100%的无人化替代仍然具有一定难度,因此在现阶段的生产环境中,企业更加强调了人与工业机器人的合作。

这不仅可以充分发挥机器人的效率和精准度优势,同时还能将人工的灵巧和柔性融入生产过程中,尤其对于3C等轻工业而言,其几乎成为了现阶段生产模式的最优解。

人和工业机器人一起工作,安全性如何保证?

2008年,一台定义为“协作机器人”的新型工业机器人——UR5被优傲机器人公司研发成功,并于同年12月卖给了丹麦一家工业用塑料和橡胶供应商Linatex,该公司将UR5用于了数控机床的自动化方面。

当时这家公司的做法对很多人来说都是十分大胆的,他们并没有按照当时的工业机器人标准把机器人安装在安全围栏或电子格栅后面,而是直接部署在了员工身边,使其可以和员工配合完成生产任务。不得不说这是一个壮举。

协作机器人之所以能够被制造业定义为一个新的装备品类,也得益于这种能与人员共同协作,而不必考虑安全问题的工作模式。

这种模式是依靠将工业机器人小型化,并融入力控系统实现的,机器人不再需要围栏,而是在触碰到异物时通过传感器捕捉和系统计算,在短时间内完成对整台机器人的紧急停止,从而保证作业人员安全。优傲机器人的这种技术路径是其区别于传统工业机器人最明显的特征,也是日后我国大量协作机器人企业所遵循的。

此后,优傲机器人不断优化迭代产品,机器人的力控系统越来越敏感,响应时间也越来越短,但在越疆科技CEO刘培超的眼里,这种技术路径并不完美。

不接触,才安全

“如果必须碰到东西了才能停下来,那这种安全性似乎总要被打上一个折扣。”刘培超说。

优傲机器人的产品不断更新,从最初的电流感应到现在安装了精确的多维力传感器,其碰撞感应力度也从最初的几十牛降低到了现在的几牛,安全性确实得到了提升。

但一台工业机器人是作为一个末端执行系统的部件而存在的,除了机器人本体,其还会与夹爪、吸盘、甚至工件相结合,机器人圆滑的机械臂可以依靠力控系统急停,但其他部件可能有带有锐角甚至尖刺,也有可能因为惯性而对人员造成伤害,特别是在高速情况下,接触式的碰撞检测安全性问题严重。

无论是安全围栏还是碰撞停止,这种能够使工业机器人急停的方式似乎都很死板,在人与机器人交互越来越多的现代生产环境,其保护安全的能力似乎也在一次次地经受考验。有没有一种介于两者之间的工业机器人安全技术路径?这是刘培超从创业初期就开始思考的,这不仅关系到越疆科技能否区别于其他协作机器人领域的创业公司,更意味着能否给市场带来一种全新的协作机器人安全模式。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

“安全皮肤,一种可以让机器人产生触觉的系统,其结构简单,可被加工成各种形状,能像衣服一样附着在设备表面,能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。”这是安全皮肤的一段简短的官方描述,即使目前还没有一家公司能把安全皮肤感知能力百分之百地应用于工业领域,但越疆科技却已经将这种技术用在了其自身的工业机器人产品上,并实现了新的工业机器人安全系统。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

安全皮肤的本质是一种电磁感知技术,搭载了安全皮肤的越疆科技协作机器人,能够实时感知机械臂周围15cm的工作区域。即使在1m/s的高速运行情况下,一旦感知到障碍物,机器人也能在0.1s的时间内急停,避免碰撞伤害。

根据相关技术资料显示,越疆科技的安全皮肤安全系统能够在协作机器人中低速运动状态下完全避免碰撞的发生;高速运动下,将碰撞损伤有效减低90%。除此之外,越疆科技也在安全皮肤的控制器中增加了自动绕开障碍物的设计,在保证安全的前提下也获得最高效率。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

一种新的技术方案在实施过程中一定会受到质疑。刘培超告诉创业邦:“我们在最开始也受到了很多安全性和稳定性方面的质疑,但我们用了三年的时间,对产品进行了高低温极限测试,复杂电磁环境和干扰测试,解决了所有的稳定性问题,并在2019年,牵头制定中国协作机器人关键技术以及安全的行业标准。”

越疆科技安全皮肤安全技术路径在解决协作机器人运行安全问题的同时,也将安全成本大大降低了,毕竟这种技术手段比动辄4或6个高精度力控传感器便宜太多了,这也使其产品能够更快更广地进行市场化应用。

一小时投入使用

协作机器人无论如何高大上,无论用到了多少黑科技,其本质还是一款商品,是商品就要好用。对于一台传统工业机器人来说,能够让其自动化运行,并且在生产任务出现变化时快速调整并不是一件容易的事。

我们对传统工业机器人“傻大黑粗”的印象不仅来源于其硕大的体积,同样来源于其复杂、冗长的调试过程和部署周期。一台传统的六轴工业机器人一般要经过安装固定、配置I/O单元、检查信号、导入程序、设定工件坐标系、校准基点、调整参数和抓取位置、手动调制、自动运行等多个步骤才能完成部署。

仅以安装固定来说,传统工业机器人就对安装环境有着很高的要求,安装场地的电磁干扰要控制到最小,安装位置地面的水平度要在±5°以内,不同型号机器人的跌倒力矩、旋转力矩、紧固力矩、安装螺栓尺寸都有着严格的规定。

一套完整的安装调试流程往往要花费几周甚至几个月的时间。从产品端来看,这种流程设置保证了机器人尤其是重型工业机器人的作业精度,不能单纯的理解为落后;但从市场角度来看,如果协作机器人不能根据新的应用场景进化出新的部署环节,那么其灵活性和易用性也将无法体现。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

刘培超说:“协作机器人最大的特点就是能在高效完成自动化生产任务的同时,帮助企业节省成本。”而这种成本的节省很大一部分是对部署环节的时间节省和人力节省。以越疆科技CR系列协作机器人为例,其体积小巧,集成化程度很高,即搬即用,不需要专业的吊装工具。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

在调试阶段的粗调过程中,CR系列协作机器人能够利用手持示教和机器学习完成,机器人配有越疆科技独有的智能交互面板,自带灯光系统,能轻松显示机器人状态,并且可以自由控制夹爪、吸盘或其他自定义夹具及设备;在精准调试过程中,技术人员同样可以利用图形化编程完成,而不再需要具有专业知识的人员通过代码编辑和程序导入来实现。

协作机器人的快速部署已经是一个十分明确的市场需求,因此衍生出来的新的机器人调试技术也大大降低了相关人员的专业门槛,这会为企业减轻用人压力。同时,这种新的部署流程也降低了协作机器人的配套成本和维护成本,传统的工业机器人需要包括人员、手台、润滑油液等大量的配套设施,还要定期对程序进行检查。

相比之下,越疆科技的协作机器人产品从研发初期就进行了终生免维护的设计,解决了企业使用产品的后顾之忧。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

目前,越疆科技的所有协作机器人产品均可做到开箱后20分钟完成安装,一小时内完成调试并投入使用。

产品矩阵的价值

一款协作机器人产品的定型有时就像一辆汽车一样,它不能朝令夕改,需要技术团队提前完成对市场需求的判定和产品的整体设计,并向市场推出多款产品,同时一旦量产就必须保证其运行的可靠性和稳定性。刘培超说:“协作机器人毕竟是一种工业设备,它上了产线就要能够24小时不停机地运转,就要能够为客户创造价值。”

因此,能够源源不断推出量产级别的协作机器人款型,是一家公司技术实力和市场经营能力的最佳体现,也是该公司真正获得了市场而区别于概念团队的最重要的标志之一。

同时,拥有完备的产品矩阵,也意味着协作机器人供应商能够更好地匹配日益细分的客户需求,用刘培超的话来说就是“客户能用一万块钱解决的问题,越疆科技不会让他花两万。”

就我国一般的制造业企业来说,其利润空间本就不高,在小批量、柔性化生产模式的推动下,强上一款并不完全适合当下或未来产品生产的通用工业机器人,就成了一个赔本的买卖。而越疆科技一直发展自身的全产品矩阵,就是为了能为客户提供一种更精细化的,甚至是定制化的解决方案。当然,这同样需要越疆科技能够完成每一种型号机器人的量产。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

目前越疆科技的协作机器人共有CR系列、M1系列及桌面级MG400系列,其中CR系列为六轴协作机器人,能够完成搬运、组装等任务;M1为4轴协作机器人,主要用于视觉识别分拣、PCB插件等流水线作业;MG400桌面级机器人是越疆科技产品矩阵中体积最小、重量最轻、部署最灵活的协作机器人产品,其部署面积仅为一张A4纸大小。

除此之外,越疆科技还拥有SA系列工业机械臂、控制柜及多款教育级产品。这些都是为了更加精准地满足用户的实际需求,同时也是为了赋能国内的工业机器人应用生态,在这点上,教育级产品的推出十分重要。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

很多学生,尤其是工科学生,对工业机器人都存在一种“见过摸过没用过”的尴尬,而越疆科技教育级协作机器人能够很好地拓展相关专业的教学场景,在国家大力推进人工智能和机器人教育的环境下,这能使学生更快理解工业机器人在生产现场的实际应用情况。同时,通过手动示教、拖拽编程等新一代工业机器人调试运行技术的提前教育,也能减少学生步入工作后的二次学习成本,帮助学生更快完成身份转变。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

从2015年成立至今,越疆科技产品的销量已超过了3万台,市场范围触达了全球140多个国家,在中国大陆品牌中,多年位居工业机器人出口量第一。越疆科技自身也已经成长为了一个接近400人的团队,其中拥有接近60%的研发人员,同时布局了628项知识产权,其中包含461项专利,这些专利覆盖了工业机器人的全技术链条,涵盖了控制、伺服、智能交互、安全、感知等等。

给机器人装上“安全皮肤”,越疆科技做到国产协作机器人出口第一

与此同时,越疆科技也在今年1月中旬完成了3.2亿元的新一轮融资,此次融资由中金资本领投,中车资本、温氏资本、招商局资本、云晖资本、势能资本以及老股东跟投。这为越疆科技接下来的发展注入了更加强大的资本力量。

今天我们可以依靠机器人视觉来代替眼睛,利用人工智能来代替大脑,那么也必然会利用机器人代替手臂,如果从这个角度来展开讨论,机器人的应用场景将会逐步渗透到工业、商业、生活等多个领域,而且如果突破复杂场景下不同设备间的融合障碍,这个过程还会加速进行。

刘培超相信,未来机器人一定会走进千家万户,其工业属性会被淡化,相反其协作属性会促使它成为人们真正的助手。这也是越疆科技的愿景和准则。

图片来源:越疆科技

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