小巧的運輸機器人在生產(chǎn)線中來回穿梭，會有人存在疑問：這種機器人是如何關系到企業(yè)的靈活生產(chǎn)，又在工業(yè)4.0的意義上如何進行工作的呢?

在各種各樣的定義和如同茂密叢林般的各種技術解決方案中，小型穿梭機器人能夠準確地認路這一點已經(jīng)明確：即該機器人能夠在車間里穿行。這種移動式操作裝置是一種如同人一樣靈活的移動式機器人系統(tǒng)，能夠作為人的幫手。該機器人系統(tǒng)設置在輪子上，導航不復雜并且能夠簡單做到，哪里需要，便到哪里去，它還能夠應用于檢測帶電的復合式蓄電池、處理熱的工件并在企業(yè)的小件物流中樹立起自己的良好形象。

在生產(chǎn)中獲得新的自由度

從事過各種各樣移動式機器人研究工作的德國弗勞恩霍夫研究院生產(chǎn)技術和自動化研究所(Fraunhofer–IPA)的項目負責人和機器安全認證專家TheoJacobs解釋說：“這其中存在著各種各樣的可能性。首先是機器人可用于運輸和貨物分揀作業(yè)，如該移動式操作系統(tǒng)可用于夾緊小的工件，也可用于機床上下料，還可作為安裝作業(yè)的輔助裝置使用，在此，機器人承擔一個具體的作業(yè)步驟，并與工作人員合作進行作業(yè)?！边@種被稱作小使者的移動式機器人裝置在生產(chǎn)中獲得了新的自由度。不僅不需要設置保護圍欄和在地面上作標記，而且還進一步突破了一些限制。

圖1因為移動式機器人系統(tǒng)能夠在工作人員附近工作，所以KUKA公司決定將一個有人-機器人-合作能力的機器人臂與移動平臺進行連接機器人生產(chǎn)廠家St?ubli公司的部門主管GeraldVogt工程師說：“移動式機器人突破了現(xiàn)有的限制，為實現(xiàn)全新的生產(chǎn)方案開辟了道路?，F(xiàn)在，哪里有需求，機器人便能發(fā)揮移動角色的作用。機器人能夠移向工件，而不再需要被動地將工件送向機器人。為此，我們能夠高度靈活地使用這些移動的‘工人’。例如，為了均衡生產(chǎn)的浮動，可安排這些移動的‘工人’駛到工廠的手工作業(yè)場地進行加班，為夜班作業(yè)的機床裝配和取出加工工件，也可將其安置在生產(chǎn)線上，以保證生產(chǎn)流程的順暢?！苯裉?，機器人的任務已經(jīng)從完成為機床這樣的簡單物流任務發(fā)展到完成結構件的加工作業(yè)任務。

今天，位于德國Augsburg的機器人生產(chǎn)廠家KUKA公司已將移動式機器人作為生產(chǎn)的行動件使用。移動式機器人KMRiiwa(KMR：KUKA移動式機器人技術裝置)是一個與靈敏的KUKALBRiiwa輕型機器人相連接的自主移動作業(yè)平臺，該作業(yè)平臺在總裝作業(yè)部位為KRQuantec安裝工位提供生產(chǎn)材料。在日常作業(yè)中，作業(yè)平臺在分配螺栓、密封環(huán)、螺母以及其他小零件作業(yè)時更加透明化。在此，由Würth公司提供的Kanban箱在中央庫房預定生產(chǎn)材料，移動式機器人KMRiiwa按照有規(guī)則的距離有序靈敏地檢驗各個具體的取貨貨架并取出所訂生產(chǎn)材料，然后將這些小件裝進箱子。該輕型機器人抓住箱子，將其送給安裝在自主移動作業(yè)平臺上的QR(質(zhì)量檢驗)掃描儀進行掃描，這樣，每個箱子便進行了目標定位。然后，自主移動運輸這些箱子，穿過生產(chǎn)車間自動化地將其送到工位上。目前，采用移動式機器人裝置的小件物流的應用已經(jīng)常見。而迄今為止在緊張的高過作業(yè)人員頭頂?shù)拇蠼Y構件加工作業(yè)中，自主的輔助裝置則更能發(fā)揮它們的強項。

大結構件加工作業(yè)的挑戰(zhàn)

KUKA機器人有限公司負責高級機器人應用的副總裁AloisBuchstab表示，迄今為止，靈活進行大結構件加工給自動化行業(yè)提出了重大挑戰(zhàn)。“今天，自動化技術解決方案在很多部門，如造船業(yè)、飛機制造業(yè)或是風力發(fā)電設備制造業(yè)仍是受限的。這些部門采用的呆板的自動化技術解決方案所使用的自動化裝置外形不緊湊且靈活性不足。因此這些部門工作人員的勞動強度便會很高。如今人們在這些常見的高過作業(yè)人員頭頂?shù)淖鳂I(yè)中，還只是連接一個能夠覆蓋多個工作站點的移動式系統(tǒng)，而安裝機器人的方案則受到抑制，迄今為止還缺少適合的技術解決方案。”正是由于這些部門對于移動式機器人的需求，從而在以前沒有使用機器人的領域開發(fā)出具有靈活性的機器人設備應用領域。例如，在飛機制造業(yè)，可由移動式機器人為飛機機體涂抹密封材料或是檢測飛機的結構件。

那么，移動式機器人如何才能自主地保持移動軌跡和不斷根據(jù)變化的生產(chǎn)線來實現(xiàn)導航呢?瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(ETHZuerich)的機器人和智能裝置研究所所長兼教授RolandSiegwart博士說：“為了實現(xiàn)機器人的自主導航，必須使用傳感器如激光傳感器或相機來檢測環(huán)境，自主建立基于環(huán)境的生產(chǎn)規(guī)劃，并且在考慮到動態(tài)目標的情況下計算出最佳行駛線路。這對于人來說看起來簡單，但對于機器人來說卻很難。”

那么，傳感器如何才能夠幫助移動式機器人具有更大的安全性和自主性呢?為此，RobertBosch有限公司研制出移動式Apas生產(chǎn)輔助裝置，這是一種自主的生產(chǎn)輔助裝置。該移動式Apas生產(chǎn)輔助裝置是為實現(xiàn)人機合作(MRK)而設計的，并且已經(jīng)獲得了德國相關職業(yè)協(xié)會頒發(fā)的，機器人在不設置輔助保護圍欄的情況下可直接與人合作生產(chǎn)的許可證。該移動式Apas生產(chǎn)輔助裝置的一個特點是，RobertBosch有限公司專門為該Apas生產(chǎn)輔助裝置研制出了傳感器。RobertBosch有限公司Apas生產(chǎn)輔助裝置產(chǎn)品主管WolfgangPomrehn工程師說：“當人在機器人附近的一個范圍內(nèi)時，集成在該機器人臂內(nèi)的具有信息傳輸能力的傳感器便可進行識別，并在機器人接觸到人之前停止動作。而當工作人員再次與機器人之間保持有足夠的距離時，機器人便在其之前停止動作的準確位置繼續(xù)開始工作?！盇pas生產(chǎn)輔助裝置有一個選擇性的附加功能，即可對一個專門的應用進行遙控。這樣，如工作人員不在作業(yè)現(xiàn)場，Apas生產(chǎn)輔助裝置也可以使機器人的作業(yè)速度靈活進行匹配。例如，在Robert公司的工廠里，Apas生產(chǎn)輔助裝置可以為檢測站安置和取下檢測的工件，并可在復合蓄電池帶電的情況下對其進行檢測。Apas生產(chǎn)輔助裝置裝有快速定位的滾輪，所以，哪里有需要，該Apas生產(chǎn)輔助裝置便可隨時停在那里。

Omron公司也是一個在設備安裝和處理領域將手工作業(yè)流程進行自動化的專家。該公司研制的移動式機器人通過生產(chǎn)線運行，并允許進行各種生產(chǎn)作業(yè)類型的換裝。它的傳感器使機器人的視角達到220°，這樣，該機器人便可靈活應對固定或移動的障礙。將來，移動式機器人也應能夠將定位的車拖拽著進行定位?！澳壳耙龅竭@一點還比較難。原因是，當機器人遇到的一個障礙是，它必須能夠在其位置上轉動?！边@目前還具體涉及到船隊式倉庫地面運輸車的管理軟件和進行進一步優(yōu)化的問題。當前軟件只能對生產(chǎn)線的狀況作出反應，因此機器人必須等待設計軟件的反饋?！?/p>

具有前瞻性的機器人

在下一代的人機合作(MRK)中，程序應更加集成化，這樣，設計軟件便能夠提前計算這些步驟，使得車輛能夠依據(jù)要求定位，也就是車輛為了結束某項作業(yè)而停在那里。BrunoAdam接著說：“這樣會進一步提高生產(chǎn)力并延長移動式機器人的使用時間?！?/p>

提到作業(yè)時間這個關鍵詞，不僅涉及到優(yōu)化和前瞻性的定位，而且也涉及到儲能。RobertBosch有限公司的Apas生產(chǎn)輔助裝置產(chǎn)品主管WolfgangPomrehn工程師說：“移動式平臺上的最大挑戰(zhàn)是，其必須為生產(chǎn)而自主運動，必須確保能量的供應和安全性。而實際上，當機器人擁有自己的能量供應、不需要總是不斷地到充電處進行充電時，才能真正做到自主移動，必須使機器人的供能方案能夠與其作業(yè)的任務相匹配?！贝送猓灾鞯臋C器人需要能夠對移動著的障礙作出靈活反應的導航系統(tǒng)，即一個全面的安全方案。

圖2機器人生產(chǎn)廠家St?ubli公司研制的移動式機器人系統(tǒng)Helmo既能高速度地以最高精度全自動化地完成工作任務，也可在工作人員需要時在工作人員的一側與工作人員合作作業(yè)

下一個關鍵詞是要在自主導航機器人滾動通過生產(chǎn)作業(yè)前，必須首先要弄清楚的問題。德國弗勞恩霍夫研究院生產(chǎn)技術和自動化研究所(Fraunhofer–IPA)的TheoJacobs補充說：“為了能夠使移動機器人安全可靠地作出反應，必須要確保避免與人的沖撞。同時，其安全性必須要這樣進行設置，機器人要能夠與人之間保持短的距離，以方便機器人和人共同利用一個作業(yè)空間。為此，一方面裝置必須小而輕，另一方面還必須擁有適應人的機制，例如，安全減速和在作業(yè)空間之間要進行換接?！?/p>

符合現(xiàn)有的標準

從安全的觀點上來看，當前自主移動式機器人已被接受。那么還應該做什么呢?KUKA公司的Buchstab解釋說：“最佳化的需求是要符合現(xiàn)有的標準，這些標準的自動化導航車輛(AGV)應用早已存在，但是，一旦機器人在這一平臺移動，我們便涉足了一個新的領域。”德國人工智能研究中心(DFKI)發(fā)言人RheinhardKarger認為，這還存在著進一步優(yōu)化的必要性。他表示，“在人和機器人的合作中，一個重要的任務是要找到正確組織人和機器人之間團隊作業(yè)的方法，這樣人和人工智能才能最佳地相互作用。在一個正確的時間點送達目標物，并且能夠很好將其轉交給工人。因為人對工作結果有一個設想機制，并且能夠很好地控制調(diào)整具體作業(yè)步驟和過程，而機器人則需要一個動力性的進展規(guī)劃，以便能夠確保一個具體作業(yè)步驟在一個正確的時間點將一個正確的工具以正確的速度和角度送達?！?/p>

圖3rob＠work3機器人連接一個移動式平臺和一個集成了機器人的模塊化控制系統(tǒng)，通過可使用的開放接口和基礎功能，可在生產(chǎn)中進行有效且靈活的應用，此圖是ABB公司研發(fā)的人-機器人-合作式的雙臂機器人Yumi

目前，德國人工智能研究中心的研究人員正在進行被稱作是面向未來的Mixed-Reality技術解決方案的研究。在此，工作中的機器人與它們的同事在不同的地點共同靈活地完成作業(yè)任務。例如，借助于Mixed-Reality系統(tǒng)，他們可以通過一個微軟HoloLens在一個三維虛擬情景中來實時地操作控制目標物體。工作人員能夠用機器人進行集成，這樣，便能夠看到虛擬顯現(xiàn)的目標物體，并能夠用一個動作來釋放他所希望的行動。這就是說，人在某一個現(xiàn)實地點的控制或動作能夠觸發(fā)在另一個實際地點的機器人的直接行動。

MTRobot公司的經(jīng)理AndreasDrost表示：“我們認為，這一步實現(xiàn)的快慢取決于下列因素：對環(huán)境的把握、數(shù)據(jù)的加工處理、一個安全系統(tǒng)以及大部分工作人員的認可?！盞UKA公司的Buchstab表示，在此，數(shù)據(jù)也是一個決定性的因素,機器人能夠自己評估數(shù)據(jù)，這樣機器人便能夠從中學習并且能夠更加自主?！盀榱四軌驅崿F(xiàn)這樣不同種類的個性化應用，如聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算技術就顯得越來越重要。今后我們只有通過與安全的移動機器人系統(tǒng)最佳化地聯(lián)網(wǎng)，才能夠在正確的時間、正確的地點生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品。”

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