¿Qué problemas deberían resolverse haciendo que los brazos robóticos industriales sean inteligentes?
¿Adónde irá la inteligencia de los robots industriales?
La Industria 4.0 está en pleno apogeo en China, la tierra de las fábricas de talla mundial. Al mismo tiempo, los gobiernos nacional y local no han escatimado esfuerzos para apoyar a las empresas locales en la transformación no tripulada de la "sustitución de máquinas". Todos creemos que se trata de una tendencia tecnológica imparable y una tendencia revolucionaria irreversible hacia una mayor y más completa liberación de la productividad.
Cuando se trata de robots industriales, en realidad existen muchas categorías. Pero personalmente, al que estoy más expuesto es al brazo robótico tándem de seis ejes, comúnmente conocido como robot de seis ejes. Debido a que tiene muchos grados de libertad, buena flexibilidad y alta versatilidad, es ampliamente favorecido por la fabricación industrial. En los campos de aplicaciones industriales actuales, aparecen cada vez más brazos robóticos de 6 ejes en diferentes trabajos para reemplazar a los humanos en diversas tareas pesadas, peligrosas y de alta carga. Estos trabajos alguna vez fueron ampliamente criticados por causar daños físicos y mentales impredecibles a los trabajadores. Con la llegada de una población que envejece a China, también ha dificultado que los propietarios de empresas contraten empleados satisfactorios. Ahora, la aparición de brazos robóticos flexibles y estables acaba de resolver este problema.
En algunos campos industriales, los brazos robóticos de 6 ejes tienen una amplia gama de aplicaciones, como la industria de electrodomésticos y la industria de fundición; en algunos campos industriales, los brazos robóticos de 6 ejes tienen una gama más amplia de aplicaciones; aplicaciones, como la industria automotriz, la industria electrónica. En estas industrias con alto valor añadido y líneas de producción estandarizadas, las ventajas de los costosos robots se pueden aprovechar mejor.
En 1959, Estados Unidos fabricó el primer robot industrial del mundo y realmente comenzó la historia de los robots. Ahora ha pasado medio siglo y los robots industriales han recorrido un largo camino de desarrollo. Desde el laboratorio original hasta diversas aplicaciones industriales actuales, podemos ver que la aplicación de los robots se ha vuelto cada vez más madura. Sin embargo, esta madurez también parece estar muy concentrada en determinadas industrias, como la producción de electrónica, la fabricación de automóviles, etc.
¿Por qué dices eso? Echemos un vistazo al proceso de desarrollo de los teléfonos inteligentes desde su aparición en 2004 hasta que ahora son muy populares e incluso comunes, uno de los eventos más importantes es la estandarización de los procesos de producción. Por ejemplo, la interfaz del cargador es la misma para todos los smartphones Android. La estandarización de este tipo de equipos tiene un beneficio obvio: aporta mucha comodidad a los usuarios. No se preocupe si olvida traer el cable de carga de su teléfono móvil cuando está de viaje de negocios. Podemos prestarle fácilmente un cable de carga en los alrededores. Las ventajas de la estandarización se reflejan más en el proceso de popularización del producto y en las posibilidades ilimitadas de desarrollo. Permite que más personas participen, utilicen, diseñen y optimicen. Esto es fundamental para la madurez de un producto.
¿En qué consiste el desarrollo de los robots industriales? Después de más de medio siglo de desarrollo, podemos ver que, en comparación con los teléfonos móviles que se han desarrollado durante varios años, todavía existe una gran brecha en su madurez. Los robots industriales tienen su propio pequeño círculo, existe una relación competitiva obvia entre los principales fabricantes de carrocerías y sus barreras protectoras también son más gruesas. Tienen mucha confianza en sus robots y sienten que pueden realizar tareas cada vez más precisas. Por lo tanto, la voluntad de cooperar con los demás no es tan fuerte, e incluso la falta de voluntad para comunicarse con los demás no es fuerte.
Sin embargo, vemos que las aplicaciones industriales de los robots industriales aún son limitadas. Cuando se utiliza el robot, no es tan fácil de usar como imaginaban los fabricantes de carrocerías. De hecho, también necesita más diseño para mejorar las funciones y aumentar la comodidad y flexibilidad de uso.
Después de 60 años de desarrollo, el número de robots actualmente en uso es de menos de 3 millones de unidades, mientras que la producción anual de automóviles en China es de 25 millones de unidades. Como industria o producto, los robots son casi insignificantes. La razón es que, debido a numerosas limitaciones técnicas, los robots sólo están limitados a una pequeña parte de la industria manufacturera. A pesar de esto, la popularidad de los robots continúa aumentando en todo el mundo.
De hecho, la actual transformación y desarrollo de la industria manufacturera en una "industria manufacturera inteligente" se ha vuelto de conocimiento común, y la tendencia de "sustitución de máquinas" que ha surgido en Guangdong en los últimos años es un representante típico. En la era actual de ciclos de vida de productos más cortos y una creciente demanda de individualización por parte de los consumidores, la industria tradicional de líneas de ensamblaje a gran escala ya no puede seguir el ritmo: el ciclo de reemplazo de los teléfonos inteligentes se ha acortado a 11 meses, e incluso los consumidores de alta gama Productos como los automóviles El ciclo de actualización también se ha reducido a cuatro años. Flexible, rápido y capaz de cambiarse y actualizarse en cualquier momento, la línea de producción ha planteado nuevos requisitos para los robots industriales y también ha brindado nuevas oportunidades.
Personalmente, si se quiere llevar el desarrollo y aplicación de robots industriales a un nivel superior, es necesario realizar cambios en los siguientes aspectos:
1. Mejora de la precisión y el rendimiento del equipo, investigación y desarrollo en profundidad de equipos de detección y construcción de un sistema de control de circuito cerrado.
Los robots industriales generalmente pueden alcanzar una precisión de movimiento de menos de 0,1 mm (refiriéndose a la precisión puntual de movimientos repetidos), agarrar objetos que pesan una tonelada y pueden estirarse hasta tres o cuatro metros. Aunque este tipo de rendimiento no necesariamente puede completar fácilmente algunos de los requisitos de procesamiento "locos" de los teléfonos móviles de Apple, para la mayoría de las aplicaciones industriales, es suficiente para completar con éxito la tarea.
A medida que el rendimiento de los robots mejora gradualmente, algunas tareas que antes eran imposibles se han vuelto factibles (como la soldadura o el corte por láser, que antes requerían equipos especializados de alta precisión para guiar la dirección del láser, pero como los robots La mejora de la precisión ahora también puede depender del movimiento preciso del propio robot).
Sin embargo, en comparación con los equipos tradicionales de alta gama, como máquinas herramienta CNC de alta precisión, equipos de calibración láser o equipos para entornos especiales (alta temperatura o temperatura ultrabaja), los robots industriales aún están más allá de su alcance. capacidades.
Los robots industriales son un símbolo de inteligencia industrial. No sólo se reflejan en la programación inteligente de los sistemas de control mecánico, sino que también requieren el apoyo de equipos de detección externos. Para detectar los objetos y el entorno de trabajo o la relación entre el robot y ellos, se instalan en el robot sensores táctiles, sensores visuales, sensores de fuerza, sensores de proximidad, sensores ultrasónicos y sensores auditivos, lo que mejora enormemente las condiciones de trabajo del robot. y lo hace más capaz de completar tareas complejas de manera eficiente. Dado que los sensores externos son productos que integran múltiples disciplinas, algunos aspectos aún se están explorando. Con la mejora adicional de los sensores externos, los robots serán cada vez más poderosos y harán mayores contribuciones a la humanidad en muchos campos.
2. Los fabricantes de ontologías abren la interfaz de datos subyacente y estandarizan las interfaces y los lenguajes de programación entre los fabricantes de ontologías.
La esencia del trabajo de los robots tradicionales es recorrer continuamente los puntos del camino uno por uno, mientras reciben o configuran señales de E/S periféricas (siempre cooperando con otras configuraciones como accesorios, líneas transportadoras, etc.). El proceso de indicarle al robot que haga esto es programación del robot. Casi todas las empresas líderes tienen su propio lenguaje y entorno de programación, lo que requiere que los operadores de robots aprendan y se capaciten. A medida que aumenta el ámbito de aplicación de los robots, este coste comienza a aparecer.
Estos fabricantes tienen razones para mantener sus propios entornos de programación. En primer lugar, los robots industriales comenzaron a producirse a gran escala hace cuarenta años. En ese momento, no existían objetos convencionales como los orientados a objetos. Los conceptos de programación avanzados ahora son ampliamente conocidos y generalmente reconocidos. En segundo lugar, en la etapa embrionaria, su propia tecnología inevitablemente será diferente de la de sus competidores y no hay nada de malo en mantener un método de programación. En tercer lugar, sus grandes clientes suelen ser tradicionales. Los clientes industriales, como los grandes fabricantes de automóviles, naturalmente buscan estabilidad. No quiere que sus robots se pongan al día con la moda y cambien el método de programación en unos pocos años, lo que les hará desperdiciar décadas de experiencia y gastar mucho. de dinero en formación y aprendizaje.
Estandarizar la interfaz de datos subyacente tiene otro beneficio, que es que aporta directamente mucha comodidad al desarrollo de nivel de aplicación de capa superior. Hoy en día, la mayoría de las empresas de programación fuera de línea no pueden obtener la interfaz de datos subyacente del robot y no pueden comunicarse directamente con el robot, por lo que la depuración del programa es muy problemática. Al mismo tiempo, debido a que no existe una interfaz de datos subyacente, las funciones desarrolladas para aplicaciones de programación fuera de línea también son muy limitadas. Esto ha traído gran angustia a los programadores y la amplia popularidad de las aplicaciones robóticas.
3. La empresa de servicios de software mejora las funciones generales del robot y procesa los datos del proceso.
Hay muchas cuestiones involucradas en la investigación y el desarrollo de sistemas de programación fuera de línea de robots. Incluye múltiples disciplinas en múltiples campos. En la actualidad, existen muchos tipos de software de programación fuera de línea para robots en el campo industrial, y el rendimiento y las funciones del software también son desiguales, cada uno con sus propios méritos. Por ejemplo, el software de programación fuera de línea extranjero desarrollado anteriormente y sus aplicaciones industriales están relativamente maduras. Me gusta, etc., los principales gigantes del software fuera de línea. Se han sometido a muchas pruebas prácticas en aplicaciones industriales nacionales y extranjeras. Aunque el software de programación fuera de línea de robots industriales nacionales comenzó tarde, ha logrado grandes avances debido a la gran inversión en I + D y la gran atención. Un caso típico es el software de programación fuera de línea de Beijing Huahang Weishi Robot Company.
La experiencia técnica de la empresa incluye, en primer lugar, décadas de experiencia en proyectos aeroespaciales del Instituto de Investigación de Robótica de Beihang y el Centro CAD, y en segundo lugar, un excelente equipo de I+D de decenas de personas, junto con el firme apoyo del consorcio que lo respalda, ha sido comercializado. en solo dos años se ha convertido en el líder del software de programación fuera de línea nacional y ha logrado grandes resultados. .
La tecnología de programación offline es uno de los focos del futuro desarrollo de los robots industriales. Sin embargo, en lo que respecta a las aplicaciones industriales actuales, todavía quedan muchas áreas de mejora en el software. Para promover un mayor desarrollo de esta tecnología, también es necesario realizar trabajos de investigación en muchos aspectos. Tomemos como ejemplo el software de programación fuera de línea nacional con el que todos están familiarizados para hablar sobre las áreas que deben mejorarse en el software:
a ) Investigación y aplicación de tecnología multimedia en la programación offline de robots. Los sistemas de programación fuera de línea requieren una interfaz amigable hombre-máquina, una pantalla gráfica intuitiva y una información en lenguaje vívido. En estos lugares, en comparación con el software extranjero, ya les está yendo muy bien. Por supuesto, esto tiene mucho que ver con el hecho de que es software de producción nacional y cuenta con un grupo de programadores que comprenden los hábitos de uso del software de los chinos. Una buena experiencia de interacción persona-computadora puede reducir la dificultad para que los usuarios de software comiencen y aprendan. También puede aumentar el deseo de los usuarios de usarlo y ayudar a los diseñadores a trabajar mejor.
b) Modelado y simulación de tecnología de fusión multisensor. Con la mejora de la inteligencia de los robots, la aplicación de la tecnología de sensores en sistemas robóticos está adquiriendo cada vez más importancia. Por lo tanto, es necesario modelar multisensores en un sistema de programación fuera de línea, realizar comunicación multisensor y realizar operaciones basadas en multisensores. En cuanto al soporte de sensores, hasta donde yo sé, hay relativamente poca investigación en esta área y lo que han hecho colegas extranjeros no es satisfactorio. Si los robots quieren volverse más inteligentes, los sensores son un dispositivo muy crítico y sus tecnologías relacionadas requieren que todos trabajen juntos para lograr avances lo antes posible.
c) Continuar investigando sobre diversos algoritmos de planificación. Incluye planificación de rutas, planificación de agarre y planificación de movimientos sutiles. La planificación debe tener en cuenta la complejidad, el movimiento y la incertidumbre del entorno, por un lado, y prestar total atención a la complejidad de los cálculos, por el otro. Sabemos que una función muy importante del software de simulación de programación fuera de línea es la trayectoria de la línea de producción, la planificación de trayectorias y la generación de trayectorias. Para reducir costos innecesarios y mejorar la eficiencia del trabajo, utilizamos más software por consideraciones de diseño. El software puede admitir la planificación de líneas de producción de múltiples robots y la planificación y generación de trayectorias de un solo robot, lo que cumple en gran medida con los requisitos de diseño de nuestros ingenieros.
d) Tecnología de detección y reparación de errores. Los errores son inevitables durante la ejecución del sistema. Se debe detectar el estado operativo del sistema para monitorear la aparición de errores y se deben adoptar técnicas de reparación apropiadas. Además, es mejor lograr la predicción de errores para evitar que se produzcan errores de acción irrecuperables. Durante la simulación del programa, al activar la función de verificación de interferencias se realizará una detección preliminar de errores en la trayectoria. Al generar un posprograma, se realizará la detección final y el filtrado de los datos posteriores al robot. Si se encuentra algún dato que sea inconsistente con el funcionamiento normal del programa, el código postal será rechazado. El propósito de esto es minimizar los errores del diseño del programa en sí. Necesito darle el visto bueno a los diseñadores por esto, hicieron un trabajo realmente bueno.
Después de resolver las funciones generales del software mencionadas anteriormente, la organización de los datos del proceso también es una tarea muy importante. El establecimiento de una base de datos experta puede reducir el umbral para la programación de software y la operación de robots, permitiendo que más trabajadores no profesionales ingresen a líneas de producción inteligentes. El propósito del reemplazo de robots no es dejar a la gente sin empleo, sino liberar la fuerza laboral y permitir que los diseñadores dediquen su energía y tiempo a trabajos más valiosos y significativos. Con el envejecimiento global y la sustitución de empleados, la experiencia operativa y las habilidades técnicas también corren el riesgo de ser mal heredadas y perderse gradualmente. Si el software de programación fuera de línea puede hacer un buen trabajo en la precipitación y aplicación de datos de proceso, puede considerarse un mérito. También es muy útil para el propio desarrollo de la empresa. En la actualidad, cada fabricante de programación fuera de línea tiene más o menos su propio paquete de datos de proceso. Para los fabricantes fuera de línea, como los que son compatibles con los robots de Ontology, los datos de proceso son naturalmente más ricos y potentes. Los fabricantes de software que no son compatibles con Ontology también lo son. realizando trabajos relacionados. También ha establecido su propia estación científica experimental en Dongguan, cooperando con varios fabricantes de carrocerías nacionales, especializándose en rectificado, soldadura, desbarbado y otras investigaciones de procesos, y ahora ha acumulado una gran cantidad de datos de procesos que pueden usarse en la producción industrial. .
Resumen: Sólo cuando se superen los tres problemas anteriores, los robots industriales podrán deshacerse del estado actual de utilizarse únicamente como equipo mecánico en la industria y entrar en una amplia gama de mercados.
No sólo como un reemplazo de los humanos o una extensión de las capacidades humanas, sino como un robot que realmente puede valerse por sí mismo. Creemos que la llegada de este día será un capítulo muy importante y glorioso en la historia del desarrollo de la ciencia y la tecnología humanas.