日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)新趨勢(shì)

馬曹冉

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的來(lái)臨，世界各國(guó)制造業(yè)企業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。日本是機(jī)器人傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)，是全球最大的機(jī)器人生產(chǎn)國(guó)之一，擁有全球領(lǐng)先的機(jī)器人開發(fā)技術(shù)，世界四大機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)日本占有兩席。

日本經(jīng)濟(jì)崛起期間，發(fā)那科、川崎重工、索尼和安川電氣等公司在機(jī)器人開發(fā)方面走在了前列。將自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)融入工業(yè)生產(chǎn)，也一直是日本戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)成功不可或缺的一部分。

來(lái)自日本機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)的最新數(shù)據(jù)顯示，2018年日本工業(yè)機(jī)器人全年訂單額首次突破1萬(wàn)億日元（約合603億元人民幣）大關(guān)。該協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、川崎重工董事橋本康彥預(yù)計(jì)，2019年日本工業(yè)機(jī)器人訂單額將比上年增長(zhǎng)4%，達(dá)到1.05萬(wàn)億日元（約合633.5億元人民幣）。

面對(duì)新的市場(chǎng)變化與機(jī)遇，發(fā)那科、安川電器、三菱電機(jī)等日本知名機(jī)器人廠商紛紛推出新產(chǎn)品和解決方案。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人、人工智能機(jī)器人、智能工廠集成式解決方案成為各大廠商的研發(fā)推廣重點(diǎn)，行業(yè)新趨勢(shì)值得關(guān)注。

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人縮小與自動(dòng)生產(chǎn)線差距

人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，就是能夠和工人一起并肩工作而無(wú)需安全隔離的機(jī)器人產(chǎn)品。

在這種工況之下，機(jī)器人并不取代人，而是作為人的輔助工具，幫助工人完成相對(duì)勞累枯燥的工作。引進(jìn)人機(jī)協(xié)作機(jī)器人有望縮小手動(dòng)裝配生產(chǎn)線與自動(dòng)生產(chǎn)線之間的差距。

發(fā)那科推出的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人CR-7iA和CR-35iA主要用于機(jī)床上下料、汽車裝配、電子產(chǎn)品裝配等應(yīng)用場(chǎng)景。前者的最大負(fù)荷為7kg，后者的最大負(fù)荷為35kg。發(fā)那科常務(wù)理事、機(jī)器人事業(yè)部部長(zhǎng)助理鳥居信利說(shuō)，這兩款機(jī)器人都可以與人共享某個(gè)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，相互協(xié)調(diào)進(jìn)行相對(duì)較重零件的搬運(yùn)和裝配。機(jī)器人在觸碰到人之后會(huì)立刻自動(dòng)停止作業(yè)，同時(shí)其綠色的柔軟罩殼也可以起到緩沖作用，保證人員不受傷害。

三菱電機(jī)則在小型機(jī)器人方面產(chǎn)品較多，推出了專門針對(duì)食品行業(yè)的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人。這款機(jī)器人可以和人類一起并肩工作，完成便當(dāng)擺盤、面包裝箱等枯燥工作。

三菱電機(jī)機(jī)器人事業(yè)部機(jī)器人研發(fā)中心主任荒井高志表示，食品機(jī)器人的技術(shù)難點(diǎn)在于其機(jī)械手的力量控制，力量太大會(huì)把食品捏壞，力量太小又抓不起來(lái)食品。一般后廚空間狹小，人機(jī)共同工作，機(jī)器要絕對(duì)安全。使用人機(jī)協(xié)作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)從事食品加工的中小企業(yè)而言是一個(gè)理想的創(chuàng)新方式。

人工智能賦予機(jī)器人自我學(xué)習(xí)能力

近年來(lái)，機(jī)器人廠商在人工智能上的研發(fā)投入明顯加大，許多公司通過并購(gòu)人工智能企業(yè)來(lái)加強(qiáng)自己在這一領(lǐng)域的實(shí)力。人工智能賦予了機(jī)器人自我學(xué)習(xí)能力，大幅提升了生產(chǎn)效率，也可以讓機(jī)械手臂運(yùn)作得更加平穩(wěn)、高速、精準(zhǔn)。

傳感器的應(yīng)用是關(guān)鍵一環(huán)。如三菱電機(jī)推出的帶有smart plus模塊的人工智能機(jī)器人，根據(jù)需求不同，裝備有力量傳感器、3D視覺傳感器、動(dòng)作干涉回避傳感器、協(xié)調(diào)減速傳感器、觸覺傳感器等傳感器。機(jī)器人通過各種傳感器來(lái)感知周圍工作環(huán)境，自主識(shí)別物品種類，并將物品擺放或者安裝到需要的位置。

荒井高志說(shuō)，通過搭載人工智能技術(shù)，機(jī)器人擁有深度學(xué)習(xí)能力，在不需要人力介入的情況下，機(jī)器人就可以根據(jù)當(dāng)時(shí)狀況自主調(diào)整工作模式，大幅提高機(jī)器人的工作效率。經(jīng)過測(cè)算，搭載人工智能模塊的機(jī)器人最多可以縮短65%的工作時(shí)間。

發(fā)那科推出的多款機(jī)器人也裝備了人工智能模塊。鳥居信利認(rèn)為，抑制震動(dòng)和精準(zhǔn)制動(dòng)是機(jī)器人精準(zhǔn)控制的兩大難題。人工智能賦予機(jī)器人自我學(xué)習(xí)能力，通過抑制震動(dòng)的學(xué)習(xí)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，動(dòng)作也能夠比以往更加精準(zhǔn)，提高了工作效率。

人工智能還賦予了機(jī)器人視覺追蹤功能，機(jī)器人通過視覺傳感器檢測(cè)出傳送帶上的工件位置后，機(jī)器人追隨工件移動(dòng)進(jìn)行拾取。通過自我學(xué)習(xí)，多臺(tái)機(jī)器人還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接分擔(dān)拾取作業(yè)。

智能工廠成為技術(shù)革新關(guān)鍵

如今，日本各大機(jī)器人廠商已經(jīng)不滿足于銷售單臺(tái)設(shè)備，以智能工廠為載體銷售系統(tǒng)化解決方案和成套設(shè)備已成為未來(lái)趨勢(shì)。從各廠商各自推出的智能工廠解決方案，已經(jīng)可以看到工業(yè)4.0時(shí)代未來(lái)工廠、無(wú)人工廠的雛形。

發(fā)那科提出了“零停機(jī)”工廠解決方案。工廠的每一臺(tái)機(jī)器人通過物聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，每臺(tái)機(jī)器人的信息和數(shù)據(jù)都可上傳至云端?？梢酝ㄟ^移動(dòng)終端檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、保養(yǎng)狀態(tài)等信息，提前發(fā)現(xiàn)隱患，在設(shè)備發(fā)生故障之前就可對(duì)其進(jìn)行維修。

鳥居信利說(shuō)：“以往都是在發(fā)生故障之后調(diào)查原因，這種方法可能會(huì)造成整條生產(chǎn)線癱瘓，甚至整個(gè)工廠停工。現(xiàn)在運(yùn)用新的技術(shù)可以提前發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，避免了工廠因設(shè)備故障而停工。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升生產(chǎn)線效率和穩(wěn)定性是未來(lái)的大方向?！?/p>

安川電機(jī)則推出了i3-Mechatronics智能工廠解決方案，將伺服電機(jī)、控制器、 變頻器、機(jī)器人等產(chǎn)品集成起來(lái)，為客戶提供完整的工廠自動(dòng)化解決方案。

據(jù)安川電器機(jī)器人事業(yè)部事業(yè)企劃部部長(zhǎng)富田也寸史介紹，借助這一解決方案，智能工廠的生產(chǎn)過程、機(jī)械狀況、機(jī)器人的狀態(tài)等工廠生產(chǎn)所有的數(shù)據(jù)都被記錄并顯示在顯示屏上。通過這些數(shù)據(jù)，可以全面把握生產(chǎn)狀況和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。他強(qiáng)調(diào)，智能工廠將會(huì)成為之后技術(shù)革新的關(guān)鍵。

三菱電機(jī)推出的智能工廠方案 “e-F@ctory”強(qiáng)調(diào)“人、機(jī)器和IT協(xié)同”。該智能工廠運(yùn)用傳感器和網(wǎng)絡(luò)，可以搜集、分析、診斷工廠的所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)又為機(jī)器人的生產(chǎn)提供支撐，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析研判，機(jī)器人可以自主調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏。通過充分利用IT技術(shù)，對(duì)從顧客訂貨到出廠的各個(gè)環(huán)節(jié)有效管理，智能工廠可以應(yīng)對(duì)數(shù)量、品種、交貨期等指標(biāo)的變更，靈活調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)整體效率最大化。

社會(huì)現(xiàn)實(shí)催生多種服務(wù)型機(jī)器人

除工業(yè)機(jī)器人外，日本各大廠商還推出了看護(hù)、農(nóng)業(yè)、教育、陪伴、醫(yī)療等多種服務(wù)型機(jī)器人。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省、農(nóng)林水產(chǎn)省等政府部門還與各大廠商密切配合，共同研發(fā)護(hù)理用機(jī)器人和農(nóng)業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)品。

在服務(wù)機(jī)器人中，豐田公司推出的第三代人形機(jī)器人T-HR3人氣頗高。T-HR3身高1.54米，體重75公斤，跟普通成年人類似，它全身有29個(gè)扭矩伺服模塊能夠在多個(gè)軸上移動(dòng)，從而可以執(zhí)行復(fù)雜的動(dòng)作。

安川電器展示的i3-Mechatronics智能工廠解決方案。

該型機(jī)器人的操縱非常特別，操作員的椅子和手套上有多種運(yùn)動(dòng)和力學(xué)傳感器，這些傳感器可以精確感知操作員的動(dòng)作，并將動(dòng)作指令傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人可以做出和操作人員完全一致的動(dòng)作。操作人員通過VR眼鏡來(lái)獲得機(jī)器人的視野，這讓遠(yuǎn)距離操作人形機(jī)器人精準(zhǔn)完成各種動(dòng)作成為可能。

豐田公司機(jī)器人事業(yè)部海老原康弘介紹說(shuō)，T-HR3可以在家用看護(hù)、醫(yī)療救援、建筑工地、防災(zāi)減災(zāi)甚至太空探索等領(lǐng)域發(fā)揮作用。該型機(jī)器人發(fā)展的最終目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)友好的機(jī)器人助手，能為人們?cè)诟鞣N環(huán)境中提供幫助，特別是在人類難以到達(dá)的危險(xiǎn)場(chǎng)合發(fā)揮作用。

日本面臨嚴(yán)重的老齡化、少子化問題，特別是養(yǎng)老行業(yè)面臨人手不足的窘境。這催生了門類齊全、技術(shù)先進(jìn)的護(hù)理服務(wù)機(jī)器人行業(yè)。

護(hù)理機(jī)器人分類十分細(xì)致，幫助老人上下床的機(jī)器人就分為穿戴式和非穿戴式兩種。穿戴式機(jī)器人是機(jī)械外骨骼式設(shè)計(jì)，工作人員穿上它之后可以更加省力地幫助老人上下床。非穿戴式機(jī)器人則可以自行動(dòng)作，不需要人力介入便可幫助老人上下床。

除企業(yè)大力開發(fā)機(jī)器人外，大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也紛紛傾力研發(fā)護(hù)理機(jī)器人，如早稻田大學(xué)、東京理科大學(xué)等。

早稻田大學(xué)人類科學(xué)研究院健康福祉研究室可部明克教授認(rèn)為，研發(fā)前首先要明確為哪一類行動(dòng)困難的人群研發(fā)，要達(dá)到什么樣的效果，而不是先研發(fā)一個(gè)機(jī)器人然后去驗(yàn)證能夠?yàn)槟男┤巳悍?wù)。與其他類型機(jī)器人強(qiáng)調(diào)的性能不同，護(hù)理機(jī)器人首先要保證機(jī)器的絕對(duì)安全然后才能投入生產(chǎn)。

為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，日本政府在2013年提出了“護(hù)理機(jī)器人發(fā)展五年計(jì)劃”。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和厚生勞動(dòng)省合作確定了研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，將住家護(hù)理和幫助沒有行動(dòng)能力的老人護(hù)理機(jī)器人作為研發(fā)重點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省為護(hù)理場(chǎng)所使用機(jī)器人制定了安全標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人的護(hù)理機(jī)器人開發(fā)提供補(bǔ)貼，幫助護(hù)理機(jī)器人實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并開展大規(guī)模的護(hù)理機(jī)器人效果驗(yàn)證。