自动化 机器人 柔性
工业机器人技术也在不断的发展，需满足不同产品需求的新的机器人构型裨益于柔性自动化加工技术而逐步成熟。柔性自动化是制造技术的主要发展方向之一，它对提高产品质量和劳动生产率、降低制造成本、减轻劳动强度、提高制造系统的适应性，进而合理定制满足用户需求的服务，提高企业的市场竞争能力具有极其重要的意义。
如果要历数近几年来的热门词汇，个性化定制必在其中。定制一词最初衍生于时尚行业、奢侈品牌，如今个性化定制已经将触角伸向了机器人产业。随着科技的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。为满足不同消费者的个性化需求，多品种、小批量的生产模式应运而生并逐步为市场所广泛接受。
在这种背景之下，工业机器人技术也在不断的发展，需满足不同产品需求的新的机器人构型裨益于柔性自动化加工技术而逐步成熟。柔性自动化是制造技术的主要发展方向之一，它对提高产品质量和劳动生产率、降低制造成本、减轻劳动强度、提高制造系统的适应性，进而合理定制满足用户需求的服务，提高企业的市场竞争能力具有极其重要的意义。其中具有力觉、机器视觉及多种传感器的机器人运动控制技术，是柔性自动化制造技术中的典范，在工业机器人领域将个性化定制之风进行了多元化演绎。
国家“千人计划”专家汤青是该技术领域中的翘楚。在他看来，基于计算机技术、通信技术等新一代信息技术的发展，柔性加工技术更加“如虎添翼”，其与机器人的深度耦合，将给我国机器人产业带来前所未有的发展机遇。为此，本刊就机器人产业柔性发展趋势，对国家“千人计划”专家汤青进行了专访。
柔性技术适应个性化需求
《千人》：在国际背景下，工业机器人朝着什么样的趋势在发展?
汤青：众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益;反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁调整加工工具，工艺稳定难度增大，生产效率势必会受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，让中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化生产线便应运而生且发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟，促使制造业自动化、智能化进入一个崭新时代。
纵观机器人产业的发展，早期工业机器人大多从事重复化劳动，为了适应目前流行的多品种、小批量生产模式，机器人设备智能部件随之发生了变化，智能化的概念包括高精度、灵活性。灵活性指的也就是柔性，而柔性主要是靠几种方式来实现，一个是人工智能软件的开发，也就是机器人的大脑，第二是像人一样拥有视觉系统，能看清周围的环境变化，第三是像人的手一样，有触觉，在触摸物体的时候，不仅知道它的存在，并且能感知到它的变化。
传统的机器人既没有视觉，也没有触觉，只能按照预置的程序来运作。而柔性技术的要求是，让机器人像人一样，有自我意识：它走到什么地方，去抓取什么工件，用什么力度去抓(从而不损坏工件)，把工件放置在什么地方进行装配，不是由人类设定程序控制，而是机器人自己要这样做。这个“自我控制”的过程实际上就是通过视觉和力觉系统让它有了智力。
《千人》：如何让机器人拥有“自我控制”的自觉意识?
汤青：首先用眼睛去看，工件在什么地方，这是定位;然后去抓，抓的时候用传感器来感知，用什么力度去抓，再用眼睛去观察，要放在什么地方去装配，然后把它放下，这个过程主要是结合了人的视觉传感器和力觉传感器功能。
如何让机器人具有视力，现在有两种方法，一个是双目视觉技术。就像人的眼睛一样，有两个照相机，方便它进行三维定位，基于双目视觉技术对周围进行三维重建，机器人既能看到工件在什么地方，又能在运动转身的过程中，合理避开周围的障碍物，遵照路径规划程序，顺利到达目标地点。这个是初定位，也就是让机器人大致知道所要抓取的东西在什么地方，而真正抓到物体，还需要精定位。通过利用激光或结构光三维扫描仪，用光线去扫描物体的表面，对物体进行精确定位，可以让机器人准确无误地抓取工件。除了这两种技术，还有单目视觉技术，结合工件的三维尺寸，用计算机算出工件的具体位置，也可以实现同样的功能。
上面所说的方法是让机器人有了视力，如何让它掌握好抓取的力度，需要依靠力传感器。抓取物件时需要加力，同时传感器将力度反馈至系统，系统便可感知到力度的大小，对于每一个具体的工件来说，需要使用多大的力度有相应的标准，而这个标准提前就已设置在程序之中。借助于反馈的信息，机器人可以合理控制和掌握使用的力度。
我们曾做过一个项目，在汽车传送带上完成变速箱的组装。其中一个环节是机器人要把轴承插到变速箱的里面，这个组装是个对位的过程，就是要通过力传感器来做一个反馈。当在装配的过程中没有到位，它反馈的力就特别大，当它的力小到合适的程度，它就已经装配好。
这就是模拟人类抓取、装配工件的过程，实际上是让机器人拥有了类似人类的功能，也就是我们说的柔性化加工技术。传统的加工技术编完程序之后，只能让机器人重复做一件事情，遇到不同的工作环境如需要加工的工件稍微有点差异，就需要重新进行编程。而柔性加工技术不用重复编程，通过力觉系统、视觉系统让机器人感知到工作环境包括工件大小、装配力度的变化，使它能自我调整程序，改变加工路径，实现自适应的目的，从而满足个性化、小批量生产的需求，这就是柔性，也就是灵活性。
《千人》：目前柔性化加工技术产业化情况如何?
汤青：现在智能机器人更多的运用不是在工业领域，而是在服务领域，比如可以行走，在家里服侍病人的机器人，这个智能化程度比我们的工业机器人走得更远，因为相对来说，工业机器人是在一个特定的环境，专业性较强。而服务机器人面对的环境更加多元和开放。但工业制造对柔性化之所以还是有要求，是为了适应工件的一致性，同时处理多品种小批量的生产，满足用户差异化的需求。
柔性化加工技术早期应用于较小规模的柔性加工单元，后来向柔性加工生产线，以及柔性工厂的方向发展。生产线不仅包括若干工业机器人，还有专用机器及自动传送线及检测等配套设备。另一个趋势就是朝多功能方向发展。比如，柔性加工系统不仅可以用于焊接、切削等工序，还可以用于磨削、装配、检测等工序。
智能化趋势之下的中国突破
《千人》：我国工业机器人产业的发展现状是什么样的?所面临的问题有哪些?
汤青：我国的工业机器人起步较晚，但取得了长足的进步，少自由度工业机器人在焊接、搬运等方面已有了一定的市场比例。但6关节工业机器人和日本、欧洲、美国等发达国家相比还有很大的差距，在机器人应用最广的汽车行业很少有国产的机器人和系统。
除了上述问题，中国与国外的差距还体现在我们主要做下游系统应用，在上游关键零部件和中游设备制造方面积弱不振，难有突破。这种局势的产生源于我们机器人本体的生产能力特别差。中国发展机器人产业大约有二三十年，但在世界上一直没有拿得出手的机器人。我们只是购买国外生产的机器人本体(包括ABB、KUKA,日本发那科等等)，在此基础之上开发下游行业应用。这主要是有几个核心技术和元件没有突破，一个是它的控制驱动技术，第二个是变速箱技术。。
但我们国家产业需求旺盛，其一是下游人工成本增加较多，机器人替代人工的需求较高，第二个是确实有些危险和工作环境恶劣的场合，是不适合人做的，还有一些是为了保持工件的加工质量和一致性，必须使用机器人。因为使用人工达不到精度要求，比如说人工焊接就没有机器人焊接的质量好。
《千人》：在差距之下，中国工业机器人产业该如何突围?
汤青：机器人在替代人工方面大有作为，但我们现在有很多地方都没用起来，这主要源于我们的机器人对用户来说还是比较难用，智能化程度较差。每做一件事情，都需要编程，但并不是每个人都会编程，专业性过强阻滞了机器人的发展应用。而且现在的机器人的智力水平可能只有两三岁小孩的水平，所以核心还在于提高它的智能化水平，只有这样才能提高机器人的市场接受度。
关于机器人本体，我个人的看法是，我们可以研发、突破这些技术，但从研究进入市场，还有一段很长的路要走。机器人样机出来以后，它涉及到成本、可靠性、性价比等问题，至少要有十年的经验积累，才能得到市场的认可，别人才敢使用。我觉得这个要有突破，必须有一个过程。国外比我们早起步一二十年，它设备的可靠性远远超过我们。
目前以移动互联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术席卷全球，其与机器人技术的融合在不断加剧，各国都在加紧发展智能机器人，我们与发达国家在这方面的起点差不多一致，所以差距并不是特别大。所以我的建议是，在做下一代机器人的时候，把我们自己的触觉、视觉系统等智能化技术集成到他们的控制系统里，才能超越发达国家。
控制器是机器人最关键的环节，相当于机器人的大脑。现在的控制器只是控制位置和速度，而运用视觉系统、触觉系统和人工智能程序，我们能实现机器人功能近似于人类的行为控制。所以我觉得没有必要只做传统环节，研发传统工艺可能永远无法超越他们，要和智能技术充分融合。
《千人》：国外知名机器人公司的发展能否给我国一些借鉴?
汤青：机器人的发展主要看一个国家的工业水平也就是你的工业基础。中国是制造业大国，但不是制造业强国，我们只是总量比较大。欧美日等国家的机器人之所以发展得好，是因为他们解决了关键技术问题，关键还在于加大研发力度。第二个是应用驱动，也就是市场是否迫切需要机器人。我们国家确实下游需求较大，上游工业基础还不够好，所以造成机器人成本较高。
五六年前，欧洲经济遭遇不顺，德国库卡公司面临发展困境，这是个不错的契机，如果当时我们能收购这个公司，在它的基础上发展就会快一点，。比如美国谷歌公司为了开发新一代智能机器人，收购了十几家涉足不同技术类型的机器人公司，因此收购也是一种思路。
未来发展趋势：深度学习
《千人》：您觉得机器人未来的发展趋势是什么样的?
汤青：现在的机器人自学能力很差，它虽然可以学习，但都是要事先定义好。最近这十年，人工智能的发展提出了深度学习概念，模拟人类怎么去学习和认知事物。我们刚刚谈到的抓取，是事先要定义好，比如要抓取的桌子是什么尺寸，然后机器人靠视觉系统去“认识”这个桌子在什么地方，只是个定位而已，它只是识别你告诉它的东西。而现在人工智能的发展是要要求它有自学能力，告诉你这是一个桌子，但是这个桌子变小或变形，或在上面放上其他东西之后，你要知道这还是一个桌子。这是一个自我学习和进化的过程。就好比十岁小孩的智力水平肯定要比五岁小孩的智力水平高，因为它在不断接触新的东西，并且在不断的积累。
而现在机器人是你教它什么，它就会什么，你没有教它的，它就不会学习。所以要解决的问题是我教过你的东西，你要学会融会贯通，没有教你的，和这些相关的东西你也要学会融会贯通，这就是我们人和机器很大的差别之一。如果机器人学会了自我学习，才有可能超越人类，因为人的寿命是有限的，
当机器人智能化水平达到一定程度时，就会变得好用，量大之后，成本下降、普及之后，就会进入千家万户，这个不只工业机器人，还有服务机器人等，就像微软预测的一样，以后机器人会像我们每家每户用的计算机一样普遍。
《千人》：目前中国处于人口红利的末端，若大规模的机器换人，将会带来的社会效应如何应对?
汤青：互联网是一个平台，如果你能把从事不同工作的机器人连接起来，就可以实现工厂的全自动化生产。往大处说，这个城市的产业上下游链条，都是通过这个连接起来的。原来机器人是各自为政，现在互联网技术连接了机器人，机器人之间可以进行通讯，能够了解上一个工序在什么时候完成，下一个工序可以提前做好准备，从而提高劳动生产率。这就是一个机器人的社会，现在提出的云机器人也是一个例子。
有人工智能专家预测，当机器人可以有秩序地运作，超过人类的那一天，可能会带来灾难。现在机器人的智力水平还不到两三岁小孩，要机器人自己学习，要看见东西并且能够抓取，还有很多工作要去做和很漫长的路要走，在我能看到的将来，机器人本身也不太可能超过人的智力。
但这是一个不可逆的趋势。现在很多工种被机器人取代，就好像工厂机器化运作代替手工操作一样顺其自然。另一方面，每一个产业的发展都会伴随着一些东西被淘汰，但同时又创造一些新的就业领域，比方说机器人服务，机器人智力开发等。
当机器人越来越多的时候，与之相连的互联网、人工智能等新的行业，仍是倚靠人类的智力来运作。让机器人做它们最会做的事情、这样人类才有更多的时间从事只有人类才能做的创意性工作。
【人物简介】
汤青，廊坊智通机器人系统有限公司CTO。主要成绩：从事机器人柔性加工系统的产业化，结合机器人视觉着重解决航空叶片等复杂型面工件等自动化柔性加工过程的技术难题，入选第六批国家“千人计划”。