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【原创】进击的复合移动机器人:大势、鸿沟、破局
优艾智合| 复合机器人 文章来源自:高工机器人网
2021-11-25 11:18:00 阅读:1981
摘要“无论是工业机器人还是移动机器人,终极形态都是复合移动机器人。”

撰文 | 张浩程

随着工业制造技术的高速发展,各行业生产工厂的自动化、智能化程度越来越高,机械臂、协作机器人、移动机器人等各种类型工业机器人也逐渐成为智能工厂的标配。

机械臂可以代替人工在固定位置完成大部分生产自动化环节,移动机器人则实现各环节物流的自动对接和流转,但实际上,这两类机器人能完成的工作仍有自己的局限,并不能真正意义上灵活的代替人力。

在此情况下,可移动操作的复合移动机器人,成为实现工业生产智能化的关键设备,也成为下半场机器人价值竞争的重要条件。成立于2017年的优艾智合,凭着对技术和具体场景的把握,其复合移动机器人产品接连落地,已成为复合移动机器人的资深玩家。

本文对话了优艾智合CTO边旭以及优艾智合工业物流产品线负责人许瑨,试图管中窥豹,探寻优艾智合复合移动机器人产品落地背后的原因。

复合移动机器人大势所趋

国际学术上称复合移动机器人为Moma(Mobile Manipulator),其主要由AMR底盘、协作机器臂、视觉以及相应的末端执行器所组成,其中AMR底盘赋予复合移动机器人灵活移动的能力,视觉赋予眼睛感知的能力,机械臂及相应的末端执行器赋予复合移动机器人进行操作的能力。

在许瑨看来,复合移动机器人最本质的点就是它与人的状态最为接近,内置于底盘和机械臂中的激光雷达、视觉模块等构成了它的“眼睛”,机械臂让它拥有了“手”一般的操作能力,底盘则让它像‘腿’一样进行移动,这直接导致的结果就是传统的移动机器人一般只有3个自由度,而搭配不同末端工具的复合移动机器人可以拥有9个以上的自由度。

实际上,复合移动机器人通过机械臂+视觉的方式,相比之单一的移动底盘、机械臂,极大的增强了机器人作业可达范围,可以应用到更多的场合。

目前复合移动机器人主要的应用场景有两大类,工业制造领域以及智能巡检运维领域。

在以半导体为代表的精密电子制造的生产环节中,物料是流转的,复合移动机器人主要使用的是小型、轻载的协作型机械臂,兼具高效率、连续性、精确性、灵活性和安全性,可以与人在车间协同作业,成为集物料缓存、搬运、上下料等功能为一体的智能解决方案,此场景中复合移动机器人可以取代大部分转运与上下料等枯燥乏味的工作。

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具体来看,优艾智合已经在晶圆制造、芯片封测、分立器件、光电与传感器、3C、机械加工等精密电子制造业场景落地复合移动机器人应用,并在半导体行业形成全场景规模化应用。

而在船舶、高铁、航空等高端制造领域,飞机、高铁、大型船只等产品由于体积庞大,其在生产过程中的位置是固定的,单纯的机械臂操作往往进行位置的固定,才可进行喷涂、钻孔、打磨、检测等操作,而安装大量的机械臂会导致高昂的成本。

这种情况下,可灵活移动并且操作的复合移动机器人已是最优选择之一,优艾智合通过复合移动机器人搭载视觉感知与人工智能技术,可为地铁、高铁等大型机器提供自动检测的解决方案,在飞机制造过程中提供表面协同定位与钻孔解决方案。

在智慧巡检运维领域,例如电厂、风电厂中,为了保障能源供给的稳定性,需要对相应的设备进行周期性的运维、检测,同时检测对象多处于恶劣环境中,难放置传感器进行周期性的采集,因而过往一般采用人工巡检的方式。

以变电环境下的高压开关柜操作场景为例,电力的强度达到6Kv,稍稍发生意外,工人被电弧沾上就是一场重大事故,已经成为行业挥之不去的痛点、难点、泪点, 同时一个发电机组的停机,造成的损失是千万元级别,所以必须保证其稳定运行。

而采用复合移动机器人,基于自主定位与导航技术、智能识别与自主操作技术、深度学习等技术手段,辅助人工巡检,可以有效完成高压开关室的无人化巡检与关键工位操作,有效保障了电厂的稳定运行。

谈及复合移动机器人的“大舞台”,许瑨表示:“万物皆可移动操作,无论是工业机器人还是移动机器人,终极形态都是复合移动机器人。”

落地鸿沟:成本与技术壁垒

与传统AGV、机械臂相比,复合移动机器人的技术更复杂,成本更高昂,诸多限制下,复合移动机器人落地相对缓慢。

在生产成本上,复合移动机器人最基本的功能为柔性的移动以及与人协作,这导致复合移动机器人的导航模块至少需要配备自主导航与定位系统,手臂必须要采用安全性较高的协作机器人,同时要搭载高精度的末端视觉定位模块。

另根据生产条件的不同,要搭配视觉模组以及对应的末端执行夹具,因而复合移动机器人的生产成本较为昂贵。高工机器人产业研究所(GGII)数据显示,当前复合移动机器人产品价格范围在40-230万元之间,相比于机械臂与AGV/AMR,复合移动机器人的单价偏高。

然而复合移动机器人目前的落地难题除了在于生产成本之外,还在于多个独立系统的功能整合和组合动作的效率优化上。

关于系统整合上的技术壁垒,优艾智合CTO边旭表示:“控制系统性能的优劣最直接影响到复合移动机器人的作业效率,而复合移动机器人拥有多个模块,不仅模块的设备类型、传感器的类型不一致,设备之间的讯协议内容类型也不一样,异常处理逻辑复杂,这使复合移动机器人控制的复杂度极高。”

“同时在实际的应用中,根据厂家的设备,复合移动机器人需要不同的软件部署环境,而每家的系统都难以实现嵌入式集成,这导致问题的分析排查需要跨系统完成,对部署人员来的话,技术要求相对较高,最终影响到整体的部署效率和运行节拍。”

赛道选择成为决胜关键

“大舞台”的背景下,复合移动机器人面临着落地难题,谁能先找到解题的答案就会获得更快的发展。优艾智合的答案是:加强对控制技术的钻研以及选好赛道、促进复合移动机器人落地。

在控制系统的研发上,优艾智合的复合移动机器人控制系统在设计之初即从通讯协议层面规范了设备选型,同时采用中心式的移动操作流程控制,采用服务端+客户端的软件架构。

这样控制系统的作用下,复合移动机器人整体操作的主逻辑控制循环实现了集中控制和统一调度,任务系统设计以及任务数据在系统之间的流转得到优化,减少了其执行单个任务的通讯时间,可以有效优化生产节拍,进而优化总体作业效率。

针对复合移动机器人生产成本的限制,优艾智合选择以“乐高”的模式完成复合移动机器人的定制化要求,使用组态化的技术方案来快速满足多样的客户定制化需求。

具体来看,优艾智合将复合移动机器人进行了模块式的拆分,将复合移动机器人的组成变成了6个模块:移动机器人底盘、协作机械臂、末端执行器(含相应的视觉)、安全模块、储位仓以及如机械臂的升降、平动等额外的自由度,其中每一个模块的具体品牌、参数又有更多的选择。

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用户可以根据自身具体的参数、生产环境要求,在模块里面选择相应的产品进行“乐高”式的搭建,从而快速完成定制化要求,又因为客户所选择的是需要用到的功能,不会造成功能的繁琐,复合移动机器人的成本进一步受到控制

以优艾智合为晶圆生产所设计的晶圆搬运机器人来看,基于激光SLAM混合定位导航技术及视觉定位技术,实现室内机器人±5mm重复定位精度,满足无尘作业的同时适应现场复杂动态环境;集成搭载6轴协作机械臂,经过二次定位后抓取精度优于±1mm,集成升降机构,抓取范围覆盖240mm-2500mm;拥有360°无死角安全防护,3D视觉检测,声光报警,主动避障等安全防护,保证安全高速平稳运行;安全电池结构设计,支持自动充电快速换电功能等功能,满足7*24小时黑灯作业;并支持SEMI-E84、SEMI-E82、SEMI SECS Gem通讯协议。

许瑨表示:“复合移动机器人相比单一的滚筒式、旋转顶升式移动机器人,可以实现完全的无人化,可以进一步优化生产节拍。目前,优艾智合的复合移动机器人解决方案,ROI已可控制在2年之内。”

“技术+可靠策略”的双重作用下,优艾智合的复合移动机器人已应用在众多行业,并走出国门,与国外一线厂商同台竞争。自2017年至今,已成为半导体行业场内物流解决方案和智慧能源领域运维解决方案的可靠企业,落地超100个项目

未来,优艾智合将会继续聚焦以半导体为代表的精密制造业与以电厂为代表的智慧能源行业,同时探索复合移动机器人更多行业的应用,做复合移动机器人领域的先行者,与上下游合作伙伴、行业专家共同探讨行业未来,开创复合移动机器人的新生态。


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