馬曹冉

隨著工業(yè)4.0時代的來臨，世界各國制造業(yè)企業(yè)對機器人的需求越來越大，要求也越來越高。日本是機器人傳統(tǒng)強國，是全球最大的機器人生產(chǎn)國之一，擁有全球領(lǐng)先的機器人開發(fā)技術(shù)，世界四大機器人生產(chǎn)企業(yè)日本占有兩席。

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

來自日本機器人工業(yè)協(xié)會的最新數(shù)據(jù)顯示，2018年日本工業(yè)機器人全年訂單額首次突破1萬億日元（約合603億元人民幣）大關(guān)。該協(xié)會會長、川崎重工董事橋本康彥預(yù)計，2019年日本工業(yè)機器人訂單額將比上年增長4%，達到1.05萬億日元（約合633.5億元人民幣）。

面對新的市場變化與機遇，發(fā)那科、安川電器、三菱電機等日本知名機器人廠商紛紛推出新產(chǎn)品和解決方案。人機協(xié)作機器人、人工智能機器人、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，行業(yè)新趨勢值得關(guān)注。

人機協(xié)作機器人縮小與自動生產(chǎn)線差距

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

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

發(fā)那科推出的人機協(xié)作機器人CR-7iA和CR-35iA主要用于機床上下料、汽車裝配、電子產(chǎn)品裝配等應(yīng)用場景。前者的最大負荷為7kg，后者的最大負荷為35kg。發(fā)那科常務(wù)理事、機器人事業(yè)部部長助理鳥居信利說，這兩款機器人都可以與人共享某個區(qū)域進行作業(yè)，相互協(xié)調(diào)進行相對較重零件的搬運和裝配。機器人在觸碰到人之后會立刻自動停止作業(yè)，同時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。

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

三菱電機機器人事業(yè)部機器人研發(fā)中心主任荒井高志表示，食品機器人的技術(shù)難點在于其機械手的力量控制，力量太大會把食品捏壞，力量太小又抓不起來食品。一般后廚空間狹小，人機共同工作，機器要絕對安全。使用人機協(xié)作機器人實現(xiàn)自動化，對從事食品加工的中小企業(yè)而言是一個理想的創(chuàng)新方式。

人工智能賦予機器人自我學(xué)習(xí)能力

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

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

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

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

人工智能還賦予了機器人視覺追蹤功能，機器人通過視覺傳感器檢測出傳送帶上的工件位置后，機器人追隨工件移動進行拾取。通過自我學(xué)習(xí)，多臺機器人還可以通過網(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，日本各大機器人廠商已經(jīng)不滿足于銷售單臺設(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)備已成為未來趨勢。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時代未來工廠、無人工廠的雛形。

發(fā)那科提出了“零停機”工廠解決方案。工廠的每一臺機器人通過物聯(lián)網(wǎng)連接起來，每臺機器人的信息和數(shù)據(jù)都可上傳至云端。可以通過移動終端檢測機器人機械結(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)生故障之前就可對其進行維修。

鳥居信利說：“以往都是在發(fā)生故障之后調(diào)查原因，這種方法可能會造成整條生產(chǎn)線癱瘓，甚至整個工廠停工?，F(xiàn)在運用新的技術(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)定性是未來的大方向。”

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

據(jù)安川電器機器人事業(yè)部事業(yè)企劃部部長富田也寸史介紹，借助這一解決方案，智能工廠的生產(chǎn)過程、機械狀況、機器人的狀態(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)狀況和運轉(zhuǎn)狀況。他強調(diào)，智能工廠將會成為之后技術(shù)革新的關(guān)鍵。

三菱電機推出的智能工廠方案 “e-F@ctory”強調(diào)“人、機器和IT協(xié)同”。該智能工廠運用傳感器和網(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)又為機器人的生產(chǎn)提供支撐，通過對數(shù)據(jù)的分析研判，機器人可以自主調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏。通過充分利用IT技術(shù)，對從顧客訂貨到出廠的各個環(huán)節(jié)有效管理，智能工廠可以應(yīng)對數(shù)量、品種、交貨期等指標的變更，靈活調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏，實現(xiàn)整體效率最大化。

社會現(xiàn)實催生多種服務(wù)型機器人

除工業(yè)機器人外，日本各大廠商還推出了看護、農(nóng)業(yè)、教育、陪伴、醫(yī)療等多種服務(wù)型機器人。日本經(jīng)濟產(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)護理用機器人和農(nóng)業(yè)機器人等產(chǎn)品。

在服務(wù)機器人中，豐田公司推出的第三代人形機器人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個扭矩伺服模塊能夠在多個軸上移動，從而可以執(zhí)行復(fù)雜的動作。

安川電器展示的i3-Mechatronics智能工廠解決方案。

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

豐田公司機器人事業(yè)部海老原康弘介紹說，T-HR3可以在家用看護、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。該型機器人發(fā)展的最終目標是創(chuàng)造一個友好的機器人助手，能為人們在各種環(huán)境中提供幫助，特別是在人類難以到達的危險場合發(fā)揮作用。

日本面臨嚴重的老齡化、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)先進的護理服務(wù)機器人行業(yè)。

護理機器人分類十分細致，幫助老人上下床的機器人就分為穿戴式和非穿戴式兩種。穿戴式機器人是機械外骨骼式設(shè)計，工作人員穿上它之后可以更加省力地幫助老人上下床。非穿戴式機器人則可以自行動作，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)機器人外，大學(xué)等研究機構(gòu)也紛紛傾力研發(fā)護理機器人，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為，研發(fā)前首先要明確為哪一類行動困難的人群研發(fā)，要達到什么樣的效果，而不是先研發(fā)一個機器人然后去驗證能夠為哪些人群服務(wù)。與其他類型機器人強調(diào)的性能不同，護理機器人首先要保證機器的絕對安全然后才能投入生產(chǎn)。

為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，日本政府在2013年提出了“護理機器人發(fā)展五年計劃”。經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省和厚生勞動省合作確定了研發(fā)的重點領(lǐng)域，將住家護理和幫助沒有行動能力的老人護理機器人作為研發(fā)重點。經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省為護理場所使用機器人制定了安全標準，為企業(yè)、研究機構(gòu)和個人的護理機器人開發(fā)提供補貼，幫助護理機器人實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并開展大規(guī)模的護理機器人效果驗證。