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版主:黑木崖
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低端协作机器人意义非同小可 zt
送交者:  2024年10月09日06:02:07 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

低端协作机器人意义非同小可

承蒙好友“五月”准许,特转载他写的《低端协作机器人》:

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说道“自动化”,我最近关注了一段时间“低端”协作机器人。例如焊接机器人/机械手。它不是什么新东西,出现几十年了。现在中国企业的创新是给机械手/机器人加了一个摄像头,应用智能视觉识别系统,创造了一个全新的门类。它的特点是:

1. 摄像头+AI视觉识别软件,能够自动识别需要焊接的地方

2. 自带的软件能够自动识别工件,1秒钟形成工件的3D图样。操作工可以在屏幕上用笔/鼠标划出焊接路径,软件自动生成机械手的焊接走位方案

3. 工件可以随意摆放,机械手能自动定位焊接路线。每次上料不需要用夹具精准固定,放在大概的位置上就可以。同理,机械手的安装也不用精准固定

4. 还可以用“示教”的方式。用手抓住机械手,顺着焊缝走一遍。机械手能自动“理解”需要焊接的部位,自动生成走位方案

5. 机械手可以装在一部小车上。围绕超大型工件转悠,焊接应该焊接的地方,例如船用的大型钢结构。机械手/机器人自动指挥小车围绕钢结构走动,焊接

6. 自动焊接机械手/机器人的成本只要几万块,人民币

仔细想一想,传统工业机器人的成本很大一部分来自对精度的要求。因为机器人/机械手只能被动地按照规划好的空间定位、路径运行,工件固定精度非常重要,机械手的运动精度也非常重要。可以说机械手/机器人工作的前提是建立在足够的重复精度上。否则工件放置精度出问题,机械手运动精度出问题,机械手无法定位到工作区,机械手的加工任务自然无法完成。

重复精度对机器人的“关节”等部件要求极高。其中的精密部件减速机一直是困扰中国工业的卡脖子问题。精度上去了,载荷就不容易增加。载荷和精度都上去了,机械疲劳影响重复精度怎么办?误差积累了怎么办?如何消除积累误差维持精度?这些都是德日美几国数十年的技术积累,中国完全无法超车。重复精度是工业机器人发展的最核心的关键。人类的手脚虽然精度不高,但是人类工作的可重复精度远远超过机器,因为人类会通过手眼协调自动调整手脚的位置,而传统机器人的所有位置、轨迹都是预设不可改变的。因此,代替工人的传统机器人往往卡在重复精度这道坎。能够实现要求的机器人代价就是昂贵的高精度夹具、高精度减速机、高精度传动系统、高精度电机等等。

现在,人工智能的发展给出了完全不同的解决方案:

AI视觉识别算法+高清摄像头+机械手动态调整算法

用这个模式实现可重复精度,它模仿的是人类的手眼协调模式。只要给定目标位置,高清摄像头+AI不断给机械手发出位置调节指令。机械手用每秒调节数次的频率调节位置,实现重复定位和规定轨迹。这种模式对机械手的运动系统的精度要求低了几个数量级,不但不需要高精度减速机,甚至有的方案干脆用皮带传动,实现成本上的毁灭性降低。

更重要的是,这个模式成本非常低:

高清摄像头,百元人民币级别;

算法软件,只要你买机械手,算法软件免费(中国特色,汗,瀑布汗);

机械手,不需要昂贵而中国被卡脖子的精密减速机和各类精密传动系统,精密电机系统,精密误差矫正系统,仅仅是普通款差不多的国产便宜减速机,精度还凑合的传动,便宜的电机即可。甚至最便宜的皮带传动也有人敢用,你敢信?

这种方案带来的意想不到的结果是廉价机器人可以大量替代“低端”的劳动密集型工作。

以往动辄几十万一套的机器人只有汽车等资金密集型、极大规模生产的企业才能用得起。它们才能通过高利润和高产量来回收投资。在一套价格低至几千元,高不过几万元的“智能协作机器人”面前,低端劳动密集型企业开始应用机器人来代替操作工。它们统称为协作机器人。目前我看到、听到的应用包括:

1. 焊接机器人

2. 上下料机器人,包括冲压车间,注塑车间,钢铁,玩具,电子,电器,家具,陶瓷,服装,流水线等

3. 装卸码垛机器人,从货车上卸货(纸箱,水泥包,粮食包等),给货车装车,车间的成品码垛

4. 质检机器人,结合AI视觉质检方案,实现生产线上的目检

几千元至几万元一台的协作机器人,已经开始影响了制造业的迁徙和分布。

一个小案例:江浙家庭小厂特别多,例如小五金厂,小冲压件厂。它们往往只生产单一产品,靠极致的成本控制维持生存。夫妻两个雇几个、十几个操作工。老板负责技术和商务,老板娘负责记账收钱给工人做饭。显然,这种小厂的未来应该是被越南印度淘汰。然而,廉价协作机器人进入工业后,有老板干脆用机器人代替所有操作工。整个小厂变成只有夫妻两个和几十台协作机器人。中国在经历一轮工业化之后,似乎又回到了新型“小农经济”。

二亩地,机器牛,

老婆孩子热炕头。

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“五月”兄的这个发现非常重要。

中国经济植根于中国的制造业,中国制造业遍布整个供应链,其中包括正在攻关的高端,更有“打螺丝”的低端。

年轻人正在逃离打螺丝。这不怪年轻人。谁都不喜欢没有上升空间的工作。曾经有一个时候,血汗工厂或者到建筑工地搬砖就是逃离“面朝黄土背朝天”的最现实出路,现在的人们不愿意再吃这样的苦,这是进步。没苦硬吃不是美德,有老可啃是这一代年轻人的福报。

但没人打螺丝了,出现两个问题:

1、工作机会在哪里?

2、螺丝谁来打?

打螺丝行业不能放弃,片面的制造业高端化是容易走歪的路。供应链需要向上延伸,但基底不能丢,欧美供应链悬浮化的老路中国不能走。一直在说机械化、自动化、AI化是打螺丝行业的出路,但如何做是一个问题。

传统机器人高大上,中国在努力攻关,但一些精密又高可靠的部件还是大量依赖进口。欧美的领先行业也是赶出来的,不是躺出来的。他们进步慢了,但历史积累还在。但是正如“五月”兄指出的,高可靠、高重复精度是有代价的,更是有门槛的。

但是,上帝关上一扇门,总是打开一扇窗。

在自控里,有开环控制和闭环控制的概念。

开环控制就是“看准了方向,然后闭眼往前走”。只要方向看得准,初始走向准确,走几步路一般是没有问题的,但要是走得远,就难免走岔。

闭环控制就是“边看边走”。不光开始要看准,然后边走边看,有偏差了随时调整。这样,走几步路没问题,走长路也没问题。而且路可以不直不平,只要能看得见,就能跟得上。关键是要:

1、有看路的手段

2、会调整脚步

用自控术语,前者是传感器,后者是控制律。

显然,闭环之后,对每一步的精确度要求大为降低,反正可以随时纠偏。系统的复杂性换来的是部件精度要求的降低,在传感器、控制器(实现控制律的装置)成本降低的情况下,系统成本是降低的。这正是协作机器人的威力之所在。

机器人闭环的想法很简单,不简单的地方在于实现。这正是中国供应链发威的地方。就协作机器人而言,手机工业高度发达了,高分辨力微信摄像头根本不是个事。AI和图像识别发达了,控制器也不是个事,算力要求没有那么高,这里用的芯片估计90纳米足够。一般性的执行机构(各种电动机、传统机构、电液机构甚至皮带等)也不成问题。

AI和图像识别好比衣服。始祖鸟的防雨羽绒衣可以12000元一件,但街头小店里没牌子但看着挺像一回事、穿着也挺暖和的羽绒衣可能只有百把块钱一件。OpenAI用了25000块A100卡才实现ChatGPT4,但专用AI加上优化的算法可以用低得多的算力实现。尤其是将边缘计算与公共云相结合后,在用户端的计算简单、快捷、可靠,上传到公共云的关键数据(既可以是原数据,也可以是数据融合后的整合数据)和从公共云下传的指令数据(既可以是具体指令,也可以是模型更新)补充了“不够聪明”的边缘数据。

这些AI、云计算时代的“新概念”其实在自控世界里已经用了几十年了,集散控制(Total Distributed Control或者递阶控制(hierarchical control)就是例子,集散控制是从计算机硬件软件层面来考虑这个问题的,递阶控制是从数学控制理论来考虑这个问题的。更早还有监督控制(supervisory control),集中的中央控制计算机指挥低阶的PID控制器,在架构上就是公共云-边界计算的意思。

不同的是,现在这些东西从云端走入田头,接上地气了。

这是需求端和供应端“对上眼”的结果。中国有世界上最大的制造业,最完备的供应链,最强的科技力量之一,最充足的投资来源之一,这成为低端机器人的热土。现在也是唯一的低端机器人热土。

韩国据说有世界上最高的机器人应用率(应该是以机器人数量与劳动力数量之比来衡量的),但韩国机器人还是传统思路,韩国制造业也在高端化。值得注意的是,韩国的机器人设计和制造并不占世界前列,发那科、ABB、库卡等都没有“韩国血统”。

中国正在机器人世界攻城略地。库卡已经“姓中国”,本土成长起来的新松也进入世界前10。重要的是,现在这些“野路子”低端机器人席地而来,很可能重演中国钢铁“淹没世界”的大戏,从低端、低价、海量做起,然后“农村包围城市”。中国光伏、中国电车、中国风电也都是这样成长起来的。过去常有人说,中国制造“大而不强”,实际上中国制造在“由大而强”。这是坚实的、不可逆转的成长,也正因为如此,美国的科技战越来越把自己关进小院高墙,而不是把中国堵进小院高墙。

这样的制造业低端机器人肯定会从机电制造“蔓延”出来,美妆睫毛的制造已经在用类似的装备了,服装、家具制造还会远吗?

另一个赛道是人形机器人。这将在服务、护理、快递更加需要面对公众的场合大展身手。随着老龄化的加深,和年轻人不愿意做“伺候人”的工作,人形机器人将大量用于护理工作。不仅护理老人,“带小孩”可能也会部分用人形机器人,它们陪着孩子背九九表和唐诗有无穷无尽的耐心。

人形机器人不仅更加容易被人们接受,也便于利用众多原本为人类而设计的设施。比如说,爬楼梯机器人是有的,但人形机器人爬楼梯更加轻松愉快。泰山陪爬都可以用人形机器人,一家出门,老公骑在王楚然头上,老婆骑在杨洋头上,儿子骑在孙悟空头上,奶奶骑在靳东头上,大家其乐融融。换个陈道明骑骑,过把骑在皇帝头上的瘾也容易;或者弄个刘晓庆骑骑,她反正背人有经验了。

低端机器人不仅解决了“谁来打螺丝”的问题,也提供了大量的编程、维修和用户端个性化工作。这些比打螺丝有意思,收入也更高,但需要有足够的资质,更要肯学习。躺平着等待苹果砸到嘴里是不行的。但作为低端机器人,门槛也不会比电动汽车更高。


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  !量变会引发质变 - eastwest 10/10/24 (105)
  想法不错。这东西是有了还是没有?  /无内容 - kabir 10/09/24 (70)
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