从技术角度浅谈工业机器人的优劣

我国机器人技术路线图和机器人产业“十三五”规划已经出炉，目标是到2020年，构建完善的工业机器人产业体系，高端市场占有率力争达到45%以上。这一雄心勃勃的目标由中国机器人产业联盟理事长曲道奎公布。随着人口红利的逐渐消失，我国已成为全球最大的工业机器人市场，预计未来十年是国产机器人的黄金发展期。

工业机器人，作为现代工业的重要支柱，已经在多个领域大放异彩。特别是在汽车工业和电子电气工业中，工业机器人凭借高精度、高效率、高可靠性的特点，得到了广泛应用。无论是弧焊机器人、点焊机器人还是搬运机器人，都在生产中发挥着重要作用。它们的出现不仅提高了生产效率，降低了生产成本，而且大大提高了产品质量，推动了中国制造业的转型升级。

谈及工业机器人的优势，我们首先要谈的就是其通用性。工业机器人可编程，支持多自由度运动，因此应用非常灵活。相较于专为特定工业应用或单一客户定制的专机，工业机器人具有更高的适应性和再编程能力。当工业应用发生改动时，只需重新编程即可满足新的需求，无需在硬件上大量投资。这也导致了其在效率上相对不足。专机虽然牺牲了通用性，但在效率优化方面表现出色，特别是在产量这一关键指标上。

除了通用性，工业机器人的机电性能也令人瞩目。它们普遍能达到低于0.1毫米的运动精度，可以抓取重达一吨的物体，伸展范围可达三四米。这样的性能足以满足绝大多数工业应用的需求。随着机器人性能的不断提升，以前一些看似不可能完成的任务现在也变得可行。例如，激光焊接或切割等高精度设备曾经需要专门指导激光的走向，但现在可以依赖机器人的准确运动来完成。与高精度数控机床、激光校准设备等传统高端设备相比，工业机器人还有一定的差距。

安全性是工业机器人面临的一大挑战。传统的工业机器人需要在笼子里工作，因为它们可能非常危险。它们会抓着几十或几百公斤的物体以四米每秒的速度移动，没人想靠近这样的危险源。很多机器人不会集成额外的传感器来感知外部特殊情况。为了安全起见，人们为机器人配备了笼子，当笼子门打开时，机器人会自动暂停。这无疑增加了产线的面积和布局难度，影响了生产效率。能够安全地与人一起工作的工业机器人开始受到关注。例如Rethink Robotics的Baxter、Universal Robots的PR系列等机器人都能实现人机安全合作。

除了上述特点外，工业机器人的易用性也是一个关键因素。传统机器人的工作本质就是按照路径点移动，同时接收或设置外围的I/O信号。编程指导机器人这么做得过程并不容易。几乎每家领先的公司都有自己的编程语言和环境，需要机器人操作者参加学习培训。随着机器人适用范围的扩大，这个成本逐渐显现。尽管有厂商在思考如何让编程更加直观简单，但目前仍没有什么商业实用进展。简易编程成为业界关注的焦点之一。尽管如此，我们仍期待未来的工业机器人能够在编程方面实现突破性的进展。在历史的洪流中，总有勇者敢于逆流而上，挑战未知。Rethink Robotics和Universal Robots正是这样的后来者，它们从零开始，成就非凡，成为业界的耀眼新星。这一现象生动诠释了为什么在创新者的困境中，颠覆性技术往往不会在最领先的企业中崭露头角，即使它们拥有无与伦比的资源。领先者在创新的道路上每前进一步，都可能意味着更大的挑战和更难以克服的阻力，内外部的双重压力使他们步履维艰。但正因如此，勇于挑战的后起之秀才有了发光发热的机会。

随着技术的不断进步，机器人的易用性逐渐受到重视。如何让普通人无需经过繁琐的培训，便能轻松驾驭机器人，如同操作iPhone一般流畅，已成为各大厂商竞相投资的研究方向。他们致力于提高机器人的用户体验，使其更加贴近大众，更加人性化。

至于成本方面，机器人的价格从小型到大型不等，涵盖了从几万到数百万人民币的范围。虽然这一成本低于高端专业制造设备，但相对于某些国内小集成商的自动化方案，仍可能显得较高。从西方工业界对机器人的热烈拥抱以及近年来国内制造业的欢迎程度来看，机器人自动化的经济优势已经普遍达到了一个临界点，超越了其他替代方案如人工和专用设备。其实，要降低机器人的成本，除了依赖硬件成本的降低，更需要国内零部件制造商迎头赶上，以价格优势打破垄断，才能真正促进国内机器人厂商的发展。

在追求技术和市场的新路径上，Rethink Robotics曾考虑采用塑料齿轮箱来降低成本，通过视觉技术来弥补运动精度的损失。虽然Baxter机器人在精度和速度上暂时无法与传统机器人相抗衡，但在物料处理应用中，它的表现已经足够出色。随着Rethink的不断努力，我们有可能看到通过软件的智能化来弥补硬件的不足，从而达到与传统工业机器人竞争的水平。

当谈到机器人的智能性时，尽管它暂时不是市场的主流需求，但企业已经开始在这一领域进行技术投资。如何让机器人更好地理解人类的指挥意图，如何让它相对自主地理解和规划任务，如何让它适应外部环境的变化等等，这些都是目前研究的重点。在这方面，美国人已经做出了许多领先的尝试。

尽管工业机器人行业的发展前景广阔，但人才供需的矛盾日益凸显。一方面，机器人厂商、系统集成商以及汽车加工制造业急需人才；另一方面，人才供给不足，难以满足企业的用人需求。造成这一局面的原因主要是高校、职校等培训机构的课程设置与机器人产业的快速发展不相适应。尽管一些机器人厂商提供相关的培训，但由于品牌针对性过强、推广力度不足、配套设施不足以及培训网点有限等短板，难以形成一个系统的培训流程，无法满足广大求学者的需求。

工业机器人这个领域充满了挑战和机遇。只有不断克服难题，不断创新，才能在这个行业中立足。对于那些有志于投身这个行业的人来说，他们面临的挑战和机遇并存，需要不断努力学习和提升自己的技能。