多臂协作机器人助推制造迈入“分享经济”时代

□文/甘中学

多臂协作机器人助推制造迈入“分享经济”时代

□文/甘中学

未来机器人的发展将会根据专业化进行分工，研发出不同类别的机器人，与3D打印、工业VR等充分结合，使多臂协作机器人成为打造智能网络制造的新模式，实现机器与人的完美协同、共存共享，迈入分享经济的时代。

目前，中国正在部署实施“中国制造2025”，对标的是德国的工业4.0，适应这种新形势是所有工业领域的人面临的共同问题。智能制造需要心灵手巧的多臂机器人，心灵手巧的机器人是网络化制造的智能引擎，网络化的立体制造是中国工业制造的新模式。

工业机器人的未来

工业机器人在中国市场状况有“四大家族”一说，瑞士的ABB、德国的库卡、日本的发那科和安川电机占据了中国的主要市场。在中国有很多人在发展工业机器人，都想占领这个重要市场，但是做工业机器人的都知道，真正的工业机器人技术、智能机器换人是30%，70%的工业机器人还不能做。为什么呢？现在所谓的工业机器人实际上是一个Manipulator，就是一个工业机械臂，它没有手，更没有人脑的智慧。所以说要想让工业机器人在中国大力发展，真正能够代替人去做那些目前工业机器人不能做的工作，就必须发展心灵手巧的双臂机器人和多臂机器人。

第二次世界大战期间，亨利·福特发明了流水线，大大提升了生产效率，但却把每一个工位的工作简单化了。这个简单化造成了流水生产线必须有物流的链条来支撑，因为它就是一只手。人在做这个工作的时候是两只手，还有眼睛、大脑。人是靠我们自己的这种智能和手的感觉，柔性制造出来了精密的瑞士手表，所以要想回到这个个性化的工作时代，就要解决人的效率很低的问题。要想真正实现个性化制造，就要有像人那样的智慧、柔性和有眼力的工作，但是要比人的工作效率更高、更准确、更稳定，这就需要心灵手巧的工业机器人。

双臂灵巧机器人“阿豪”客串调酒师

甘中学 美国机电工程师学会（ASME）设计委员会亚洲理事长、宁波智能制造产业研究院院长

什么是“心灵”？心灵就是有人的智慧、逻辑思维、判断、学习和决策能力。什么是“手巧”？就是人的手根据人的感觉做出的及时行动，以及根据人的直觉和经验加上大脑的逻辑判断三个层次形成的。人的手巧既是手的柔性运动，也是人的直观感觉，同时也是人的经验，就是人们所说的Knowhow，可能很难把它弄清楚到底是什么，但是有的人就是做得那么巧，有的人就做不巧，所以不是单纯的人工智能。要想发展工业机器人，必须发展“心灵手巧”的机器人。Thinking as a human being，Act like an animal，这样一个多臂机器人的功能实际上会超过人。

心灵手巧的机器人是多少？最简单的就是双臂机器人，像人一样工作，但是作为一个智能机器人来讲，我们可以仿造动物界的多臂多足。我认为未来的机器人可以有双臂和三臂的工业机器人，未来也可能有人做得更多，包括全工位的双臂机器人，一个机器人可以完成八个工位的工作。

多臂机器人是网络化制造的智能引擎

我们谈到了心灵手巧的基本概念和种类，心灵手巧机器人实际上是网络化制造的智能引擎。现在个性化需求突出，每个人要有适合自己穿的衣服，茶杯也是只属于自己的茶杯，不可能通过规模化的生产就能实现，个性化的制造只有心灵手巧的多臂机器人才有可能完成。

光有这样的心灵手巧的机器人行吗？还是不行，因此不是把一个心灵手巧的机器人仅仅做成一个自动化机器操作，心灵手巧的机器人既是一个智能终端可以执行的，还是一个网络网关或者网络控制器，同时还是能够决策、服务的云决策平台。这里所说的心灵手巧的机器人不光是一个简单的执行者，还是一个智能中枢和CPS网络控制器以及云制造平台综合的、有智能和柔性动作的机器人。

一个心灵手巧的机器人分为三个层次：执行端就像人的小脑，有及时的执行功能，一旦你的手感知到了你的物体，眼睛看到的以及大脑及时的反应，这个层次就是一个智能的反馈。也可以叫做自组织智能闭环，是心灵手巧机器人最底层、最及时、最迅速的反应。

这是操作者和机器人进行互动时，会从人的视觉进行观察，捕捉到需要校正的环境变化，达成机器人内部调整控制的策略以及目标，这就是把人的智能和机器进行了协同，把智能放到机器内进行循环，再把信息传送到自动线，然后根据人的要求再进行闭环和调整，这个就是网络智能闭环。现在的一个车间或一个工厂不可能只有一个机器人，因此机器和机器之间的互动、自动线和自动线的互动、人和机器的互动、操作者和管理人员的互动，才是工厂车间完成一个产品的加工、制造、装备以及作为产品送出。这个过程中就有最底层的执行智能，还有中间的网络智能，以及把所有的互动网络化以后，最高层的云制造平台对这些智能的综合，形成了最佳的调度、优化、控制以及进化的功能，传递到各个网络的各个部分，这个就是群智智能闭环。工厂的机器人不光是操作者，还有车间主任机器人和公司领导总裁机器人，也有更高的管理机器人，人和机器之间的协同工作车间才真正叫做智能工厂车间。可以看到这两个车之间是有协同的，否则就撞车了，就是你做两个工作我做两个工作，这种分配是经过他们之间相互交流、通讯以及分类来进行的。

王阳明机器人持毛笔题词

心灵手巧的多臂机器人是一个分布式的智能结构，最底层的就是自组织的执行智能，第二层是人机协同的网络智能，第三层是整体的人机交互群体智能，三层智能的水平形成了心灵手巧机器人的协同工作。大家都知道熊是哺乳动物，它的智能远远高于蜜蜂的单体智能，但这是熊的熊窝和蜜蜂蜂巢的区别，可以看到蜂巢无论是最小结构还是最佳保护的能力都远远高于熊窝，这就说明这种群智网络的智能远远大于个体。因此，现在构画的智能制造工业4.0结构就是基于这种分布式、无中心的网络化智能构造的智能制造网络，依靠心灵手巧的机器人构造智能工厂的网络。

近几年，大家都在讲个性化制造，网络化制造又是什么？亨利·福特发明的自动流水线造成了工厂链条式的生产，每个人、每个家庭作为一个制造的单元，要想形成规模化、高效的制造，唯一可以用的就是把物联网和CPS网络连起来，在一个大的网络下操作才能由个体的智能化变成一个规模化、高效的群体网络智能，而且能够体现个性化特征的制造。这个制造唯一的状态就是网络化，因此网络化制造是“中国制造2025”或者工业4.0的一个显著特点。在这种情况下，正如现在西门子和德国所做的，有一个实体的工厂，也有一个虚拟的工厂，虚拟的工厂和实体的工厂连接在一起形成了一个CPS网络，在这个网络下就可以运行真正个性化的智能制造。

万能制造平台实现真正的个性化制造

宁波市智能制造产业研究院为创客研发了一个万能制造平台，叫做全方位柔性加工双臂机器人平台。机器人可以用双手进行加工，一个制造平台就可以有八个工位来做，同时还有数据库和工具库。一个创客要想做出什么东西，有了这样一个平台就可以完成其个性化制造，所以叫做万能制造平台。它就对个性化的车间和工厂。它的基本单元是什么呢？对于制造业来讲核心工艺主要是铸造和焊接，前面是叫做Pre-processing，后续的是Post-processing，这三个单元作为一个基础来构造智能车间。创客可以根据客户的需求提供什么颜色和元件，然后现场就可以实现制造，上面有客户的名字，还有所有工艺加工的过程。对于大型企业还不能做到个性化定制，应该是规模化定制，现在宁波市智能制造产业研究院给中国中车的高铁在做一个全自动化的产品定制，它的加工制造70%还是靠手工，就是由人在做整体全自动化。我们所研制的产品线是移动的物流平台，和单臂机器人、多臂机器人和双臂机器人之间的交互可以形成一个工作的反馈量，大概到2018年大家就可以在丰台看见这款全自动的示范线。

亨利·福特发明的汽车流水线，创造了制造的新方式，现在我们必须通过CPS网络和“心灵手巧”的机器人，加上云大脑三个部分构成新的二十一世纪的亨利·福特的生产模式。这种模式可以用于我们的工业生产，同时也可以把这种原理用于我们的服务。未来，我们若想为老人、小孩服务的话，手没有柔性是不行的，手不安全也是不行的，所以柔性的机械手和“心灵手巧”的手臂是进入家庭的一个门槛，也是一个切入点。

（根据作者近期演讲整理，未经本人确认。）

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