從“循規蹈矩”到“眼明手快”!解碼工業機器人躍遷
8月8日,在2025世界機器人大會現場,智能工業機器人吸引觀眾目光。
翁奇羽攝(人民視覺)
日前,在黑龍江哈爾濱東安汽車動力股份有限公司生產車間,工業機器人在生產作業。
新華社記者 王 松攝
2025世界機器人大會上展出的工業機器人。
杜建坡攝(人民視覺)
2024年,我國工業機器人市場銷量達30.2萬套,連續12年保持全球最大工業機器人市場。應用場景方面,工業機器人已應用于國民經濟71個行業大類、236個行業中類,制造業機器人密度已躍升至全球第三位。
我國工業領域中的機器人大致可以分為3類:出現最早且長盛不衰的,是本地化控制可編程機器人,以工業機械臂為主要形態,需要環境適應它;進入21世紀之后蓬勃發展的,是具備一定感知和決策能力的自適應機器人,和環境互相適應;近年來相關研發方興未艾的,則是具身智能人形機器人,它們將脫離專門設計的自動化集成流水線,自主適應工廠環境并執行更多任務。
提到機器人,你想到的是不是能送餐、會跳舞的人形機器人,或是會搖首擺尾的機器狗?其實,機器人家族中還有一類誕生更早、應用更廣泛的重要成員——工業機器人。
8月8日至12日,2025世界機器人大會在北京經濟技術開發區舉行。期間,200余家國內外優秀機器人企業的1500余件展品競相亮相。工業機器人有了哪些新技術、新場景,存在哪些新問題、新方案?記者對大會參展商和論壇嘉賓進行了采訪。
環境適應機器人——
可編程 自動化 廣適配
機器人進工廠的故事,要從1961年說起。當機械臂“尤尼梅特”被搬進美國通用汽車生產車間,按照預定程序撿拾汽車零件并放置到傳送帶上,這一簡單而精確的重復動作,便展示出了工業機械化的美好前景,為工業機器人的蓬勃發展拉開了序幕。
直到今天,制造工廠中規?;褂脭盗孔疃嗟墓I機器人依然是機械臂——依靠多個靈活的“關節”,可在三維空間中實現精準的屈伸、旋轉與平移,具有可編程、自動化、多自由度機械結構等特點。
機械臂技術并非一成不變,恰恰是因為不斷迭代才能做到長盛不衰。搭配不同功能的“手”——即末端執行器,機械臂便能在汽車制造、電子電器、金屬加工、物流倉儲等多個工業領域大顯身手,主要解決的問題是單一品種的大規模生產。
物流倉儲場景中,多樣“機械臂”不僅力氣大、效率高,而且可定制、廣適配。
南京埃斯頓自動化股份有限公司(簡稱“埃斯頓”)展區內,一處碼垛工作站正有序運行著:機械臂前端的12個真空吸盤,穩穩吸起傳送帶上的貨箱,輕松轉移到一旁的物料托盤上方并輕輕碼好。兩三分鐘后,數十個貨箱就被摞成了一個立方體,嚴絲合縫,整整齊齊。
“這個機器人最快能在1分鐘內搬運碼放8—12箱貨物。”埃斯頓解決方案部總監丁文杰告訴記者,當前使用的真空吸盤適用于大表面和規則曲面的物料。
展示貨箱上印著的“碼垛工藝包5步,3分鐘自定義”字樣格外醒目。丁文杰說:“這款機器人是通過自研的圖形化編程系統,精準識別料箱位姿,實現流暢的抓取軌跡?!彼呎f邊在屏幕上演示,用戶只需在碼垛軟件工藝包中輸入箱體尺寸、托盤尺寸、垛型定義、層數、隔板及輸送線物料來料點,機器人就能自動完成碼垛流程。如今,這樣的碼垛工作站已在食品飲料、醫療、煙酒、化工等多個行業派上用場。
精密制造場景中,多臺機械臂“手”“眼”配合,以創新巧思滿足實際需求。
在安川首鋼機器人有限公司(簡稱“安川首鋼”)展區,機器人柔性凸焊系統吸引著眾人的目光。只見數十個螺母在振動盤里隨機跳動,停下來時或“站立”或“橫躺”。此時,上螺母機械臂“咔”地一聲移動過來,通過其2D視覺能力識別正面朝上的螺母并拾取起來。一旁,使用了3D視覺技術的上件機器人,也正拾取起形狀復雜的工件。當工件與螺母以正確的角度“交會對接”,凸焊機復雜的最后一步焊接工序便完成得毫不費力。
“我們2024年底研發出來的這套系統使用了機器人和視覺技術,它最大的優勢在于‘不挑食’?!卑泊ㄊ卒摷夹g中心主任、總工程師胡婷介紹,大多數型號的螺母和凸焊小件都可以用它焊接,這就免去了傳統作業流程中需要人工頻繁切換抓手的麻煩,同時取代了螺母輸送機。
“一臂多用”的工業機器人,在重復性、標準化、高風險作業中表現出色,能顯著推動工業自動化,促進提質增效。但是,它們的局限性也很明顯。一方面,依賴工程師專門定制復雜的集成式生產線,前期成本較高。另一方面,它們是循規蹈矩的執行者,只會嚴格依照預設程序完成單一任務,靈活應變能力較為有限。
環境和機器人互相適應——
看得見 會移動 可決策
得益于近幾十年來計算機視覺和傳感器技術的快速發展,環境和機器人開始互相適應。工廠車間逐漸用上了具備一定感知和決策能力的自適應機器人。它們的主要形態是擁有視覺和力覺的機械臂,以及能在復雜環境中自主導航、感知周圍環境并執行特定任務的自主移動機器人等。
各類工廠車間里,工業清潔機器人靠的就是AI視覺和自主移動這“兩把刷子”。
從新疆的印刷廠到沈陽的面粉廠,都活躍著“星衛來”系列AI清潔機器人的身影:機器搭載了AI視覺系統,可根據識別到的臟污類型,迅速做出不同的清掃策略。長布條、扎帶等小型垃圾,掃過即凈。對付粉塵、油污等各類臟污,不在話下。
沈陽新松點石科技有限公司工程師姜川告訴記者,這3款各有所長的工業清潔機器人基于工業SLAM定位技術和多傳感器混合導航,不僅能動態避障、和移動機器人同時作業,還能獨立乘坐電梯,適時返回補給站充電、換水。
汽車零件生產線上,具有視覺能力的機器人“獨具慧眼”“火眼金睛”。
安川首鋼自主研發的機器人AI視覺檢測系統,只需約0.3秒,就能高速檢測完畢汽車前地板加強組件上的焊點、螺柱、螺母、螺孔、光孔等數十個特征目標,檢測工作一氣呵成,準確率超99.5%,能夠節省1到2名檢測員工,效率是過去的數倍,而且避免了漏檢風險。
“AI技術的加入,讓系統基本不受光照、角度、遮擋等條件影響,而且檢測點位更多、適應性更廣?!卑泊ㄊ卒撗邪l工程師魯永帥介紹,如今,這套檢測系統已在多家車企及多地零件廠商生產線24小時運轉。它們不僅大幅提升了檢測效率與質量,還能記錄產品信息,實現全程追溯,其檢測結果的分類統計更可為提升生產良品率提供數據支持。
工程機械裝備制造工廠里,產品型號可以“分分鐘”切換,按需調整,靈活應變。
平均每6分鐘生產一臺挖掘機,每7.5分鐘生產一臺高空作業車,每27分鐘生產一臺混凝土泵車——這是中聯重科智慧產業城的成果數據。中聯重科是全球工程機械行業的龍頭企業之一,整個公司的制造自動化率超過了85%。上述產業城使用了2000多個自適應機器人,能夠實現從鋼板入庫、出庫,到下料、焊接、機加、涂裝、總裝的全流程自動化智能制造,工人只需要掃描二維碼就可以追溯管理每一個環節。
“挖掘機有4000多個零件,370多道制造工藝,且單批次訂單僅有數十臺,傳統程控機器人難以適應頻繁的物料變化?!敝新撝乜浦锌圃乒瓤偨浝碓庹f,在云邊端協同的工業互聯網平臺支撐下,現在的生產線支持靈活切換產品,能實現“前10分鐘生產某型號挖掘機,后10分鐘就換另一型號”的敏捷柔性生產。
多個案例生動說明,第二代工業機器人能在一定程度上適應工程環境,并助力制造業開啟了多品種、小批量、多零件混流的敏捷智能制造。
世界機器人協會統計數據顯示,從2009到2024年,全世界的工業機器人裝機量翻了7倍?!坝纱丝梢?,工業應用依舊是機器人的核心落地場景之一。”ABB機器人中國研究中心負責人張佳帆說,即便如此,當前工業機器人所覆蓋的工業應用場景只占全部場景的一小部分,這就要求工業機器人繼續不斷迭代。
2025世界機器人大會上,有專家指出,目前的工業機器人基本上局限在了感知AI這個層面上。人們共同關心的問題是:人工智能技術能不能幫助工業機器人突破瓶頸,繼續向前邁步?
機器人適應環境——
更智能 更自主 更安全
新一代AI技術將在工業機器人技術迭代過程中發揮關鍵作用?!熬拖癞斈觌娏Ω淖児I發展軌跡,AI也將重塑工業機器人世界乃至整個制造業?!睆埣逊f。
那么,人工智能工業機器人的理想愿景是什么樣?“答案有可能是具身智能人形機器人?!痹庹f,人工智能工業互聯網平臺會進化成工業超級大腦,成為工業樂團的超級指揮,而具身智能人形機器人,則會成為超級樂手,可以多功能演奏多種樂器,成為傳統工業機器人這樣專業樂手的靈活補充。
比起AI在工業機器人領域的應用潛力,目前工業界對AI的利用率仍然很低。
除了在大語言模型、語言動作模型等技術層面面臨的挑戰,國際機器人聯合會研究委員會主席亞歷山大·維爾還從另兩個角度表達了對智能工業機器人的擔憂:其一,為確保技術可靠與時新,工業機器人搭載的AI需要定期重新訓練,這可能與制造業系統長期運行的特點相矛盾——在這方面,數字孿生技術有望協助訓練工業機器人AI,并輔助工業機器人開發與調試;其二,要實現人機安全協同,需要降低機器人運行速度,給人們留出反應時間,而這又與人們對機器人“速度快、力量大”的期待相悖。對此,他建議,制造業工作者應深入理解工業機器人的工作原理,而非僅僅停留在會操作的層面。
由此觀之,受限于機器人本體在智能化、可靠性及安全性方面的不足,距離實現人工智能工業機器人大規模應用還需要一段時間。
錨定目標,篤行不怠。我國企業正在積極研發能夠自主適應工廠環境的機器人技術。中聯重科已研發出輪式和雙足人形機器人,但人形機器人在當前的制造業中僅能完成抓、放、抱、起等簡單動作,實際應用場景雖暫時有限,但前景廣闊。
2025世界機器人大會論壇上,國際機器人聯合會主席伊藤貴之指出,2025年,推動機器人行業發展的5個全球趨勢是:人工智能、具身機器人、可持續性需求、新客戶群以及用機器人解決勞動力短缺。
未來,工業機器人的“眼睛”“手臂”“大腦”及移動能力將持續迭代升級,還會以一次次技術突破,不斷重新定義智能制造的邊界與可能。