從“循規(guī)蹈矩”到“眼明手快”！解碼工業(yè)機(jī)器人躍遷
日前，在黑龍江哈爾濱東安汽車動力股份有限公司生產(chǎn)車間，工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)作業(yè)。
2024年，我國工業(yè)機(jī)器人市場銷量達(dá)30.2萬套，連續(xù)12年保持全球最大工業(yè)機(jī)器人市場。應(yīng)用場景方面，工業(yè)機(jī)器人已應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)71個行業(yè)大類、236個行業(yè)中類，制造業(yè)機(jī)器人密度已躍升至全球第三位。
我國工業(yè)領(lǐng)域中的機(jī)器人大致可以分為3類：出現(xiàn)最早且長盛不衰的，是本地化控制可編程機(jī)器人，以工業(yè)機(jī)械臂為主要形態(tài)，需要環(huán)境適應(yīng)它；進(jìn)入21世紀(jì)之后蓬勃發(fā)展的，是具備一定感知和決策能力的自適應(yīng)機(jī)器人，和環(huán)境互相適應(yīng)；近年來相關(guān)研發(fā)方興未艾的，則是具身智能人形機(jī)器人，它們將脫離專門設(shè)計(jì)的自動化集成流水線，自主適應(yīng)工廠環(huán)境并執(zhí)行更多任務(wù)。
提到機(jī)器人，你想到的是不是能送餐、會跳舞的人形機(jī)器人，或是會搖首擺尾的機(jī)器狗？其實(shí)，機(jī)器人家族中還有一類誕生更早、應(yīng)用更廣泛的重要成員——工業(yè)機(jī)器人。
8月8日至12日，2025世界機(jī)器人大會在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)舉行。期間，200余家國內(nèi)外優(yōu)秀機(jī)器人企業(yè)的1500余件展品競相亮相。工業(yè)機(jī)器人有了哪些新技術(shù)、新場景，存在哪些新問題、新方案？記者對大會參展商和論壇嘉賓進(jìn)行了采訪。
機(jī)器人進(jìn)工廠的故事，要從1961年說起。當(dāng)機(jī)械臂“尤尼梅特”被搬進(jìn)美國通用汽車生產(chǎn)車間，按照預(yù)定程序撿拾汽車零件并放置到傳送帶上，這一簡單而精確的重復(fù)動作，便展示出了工業(yè)機(jī)械化的美好前景，為工業(yè)機(jī)器人的蓬勃發(fā)展拉開了序幕。
直到今天，制造工廠中規(guī)模化使用數(shù)量最多的工業(yè)機(jī)器人依然是機(jī)械臂——依靠多個靈活的“關(guān)節(jié)”，可在三維空間中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的屈伸、旋轉(zhuǎn)與平移，具有可編程、自動化、多自由度機(jī)械結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。
機(jī)械臂技術(shù)并非一成不變，恰恰是因?yàn)椴粩嗟拍茏龅介L盛不衰。搭配不同功能的“手”——即末端執(zhí)行器，機(jī)械臂便能在汽車制造、電子電器、金屬加工、物流倉儲等多個工業(yè)領(lǐng)域大顯身手，主要解決的問題是單一品種的大規(guī)模生產(chǎn)。
南京埃斯頓自動化股份有限公司（簡稱“埃斯頓”）展區(qū)內(nèi)，一處碼垛工作站正有序運(yùn)行著：機(jī)械臂前端的12個真空吸盤，穩(wěn)穩(wěn)吸起傳送帶上的貨箱，輕松轉(zhuǎn)移到一旁的物料托盤上方并輕輕碼好。兩三分鐘后，數(shù)十個貨箱就被摞成了一個立方體，嚴(yán)絲合縫，整整齊齊。
“這個機(jī)器人最快能在1分鐘內(nèi)搬運(yùn)碼放8—12箱貨物。”埃斯頓解決方案部總監(jiān)丁文杰告訴記者，當(dāng)前使用的真空吸盤適用于大表面和規(guī)則曲面的物料。
展示貨箱上印著的“碼垛工藝包5步，3分鐘自定義”字樣格外醒目。丁文杰說：“這款機(jī)器人是通過自研的圖形化編程系統(tǒng)，精準(zhǔn)識別料箱位姿，實(shí)現(xiàn)流暢的抓取軌跡。”他邊說邊在屏幕上演示，用戶只需在碼垛軟件工藝包中輸入箱體尺寸、托盤尺寸、垛型定義、層數(shù)、隔板及輸送線物料來料點(diǎn)，機(jī)器人就能自動完成碼垛流程。如今，這樣的碼垛工作站已在食品飲料、醫(yī)療、煙酒、化工等多個行業(yè)派上用場。
在安川首鋼機(jī)器人有限公司（簡稱“安川首鋼”）展區(qū)，機(jī)器人柔性凸焊系統(tǒng)吸引著眾人的目光。只見數(shù)十個螺母在振動盤里隨機(jī)跳動，停下來時或“站立”或“橫躺”。此時，上螺母機(jī)械臂“咔”地一聲移動過來，通過其2D視覺能力識別正面朝上的螺母并拾取起來。一旁，使用了3D視覺技術(shù)的上件機(jī)器人，也正拾取起形狀復(fù)雜的工件。當(dāng)工件與螺母以正確的角度“交會對接”，凸焊機(jī)復(fù)雜的最后一步焊接工序便完成得毫不費(fèi)力。
“我們2024年底研發(fā)出來的這套系統(tǒng)使用了機(jī)器人和視覺技術(shù)，它最大的優(yōu)勢在于‘不挑食’。”安川首鋼技術(shù)中心主任、總工程師胡婷介紹，大多數(shù)型號的螺母和凸焊小件都可以用它焊接，這就免去了傳統(tǒng)作業(yè)流程中需要人工頻繁切換抓手的麻煩，同時取代了螺母輸送機(jī)。
“一臂多用”的工業(yè)機(jī)器人，在重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)中表現(xiàn)出色，能顯著推動工業(yè)自動化，促進(jìn)提質(zhì)增效。但是，它們的局限性也很明顯。一方面，依賴工程師專門定制復(fù)雜的集成式生產(chǎn)線，前期成本較高。另一方面，它們是循規(guī)蹈矩的執(zhí)行者，只會嚴(yán)格依照預(yù)設(shè)程序完成單一任務(wù)，靈活應(yīng)變能力較為有限。
得益于近幾十年來計(jì)算機(jī)視覺和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)境和機(jī)器人開始互相適應(yīng)。工廠車間逐漸用上了具備一定感知和決策能力的自適應(yīng)機(jī)器人。它們的主要形態(tài)是擁有視覺和力覺的機(jī)械臂，以及能在復(fù)雜環(huán)境中自主導(dǎo)航、感知周圍環(huán)境并執(zhí)行特定任務(wù)的自主移動機(jī)器人等。
各類工廠車間里，工業(yè)清潔機(jī)器人靠的就是AI視覺和自主移動這“兩把刷子”。
從新疆的印刷廠到沈陽的面粉廠，都活躍著“星衛(wèi)來”系列AI清潔機(jī)器人的身影：機(jī)器搭載了AI視覺系統(tǒng)，可根據(jù)識別到的臟污類型，迅速做出不同的清掃策略。長布條、扎帶等小型垃圾，掃過即凈。對付粉塵、油污等各類臟污，不在話下。
沈陽新松點(diǎn)石科技有限公司工程師姜川告訴記者，這3款各有所長的工業(yè)清潔機(jī)器人基于工業(yè)SLAM定位技術(shù)和多傳感器混合導(dǎo)航，不僅能動態(tài)避障、和移動機(jī)器人同時作業(yè)，還能獨(dú)立乘坐電梯，適時返回補(bǔ)給站充電、換水。
安川首鋼自主研發(fā)的機(jī)器人AI視覺檢測系統(tǒng)，只需約0.3秒，就能高速檢測完畢汽車前地板加強(qiáng)組件上的焊點(diǎn)、螺柱、螺母、螺孔、光孔等數(shù)十個特征目標(biāo)，檢測工作一氣呵成，準(zhǔn)確率超99.5%，能夠節(jié)省1到2名檢測員工，效率是過去的數(shù)倍，而且避免了漏檢風(fēng)險(xiǎn)。
“AI技術(shù)的加入，讓系統(tǒng)基本不受光照、角度、遮擋等條件影響，而且檢測點(diǎn)位更多、適應(yīng)性更廣。”安川首鋼研發(fā)工程師魯永帥介紹，如今，這套檢測系統(tǒng)已在多家車企及多地零件廠商生產(chǎn)線小時運(yùn)轉(zhuǎn)。它們不僅大幅提升了檢測效率與質(zhì)量，還能記錄產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)全程追溯，其檢測結(jié)果的分類統(tǒng)計(jì)更可為提升生產(chǎn)良品率提供數(shù)據(jù)支持。
工程機(jī)械裝備制造工廠里，產(chǎn)品型號可以“分分鐘”切換，按需調(diào)整，靈活應(yīng)變。
平均每6分鐘生產(chǎn)一臺挖掘機(jī)，每7.5分鐘生產(chǎn)一臺高空作業(yè)車，每27分鐘生產(chǎn)一臺混凝土泵車——這是中聯(lián)重科智慧產(chǎn)業(yè)城的成果數(shù)據(jù)。中聯(lián)重科是全球工程機(jī)械行業(yè)的龍頭企業(yè)之一，整個公司的制造自動化率超過了85%。上述產(chǎn)業(yè)城使用了2000多個自適應(yīng)機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)從鋼板入庫、出庫，到下料、焊接、機(jī)加、涂裝、總裝的全流程自動化智能制造，工人只需要掃描二維碼就可以追溯管理每一個環(huán)節(jié)。
“挖掘機(jī)有4000多個零件，370多道制造工藝，且單批次訂單僅有數(shù)十臺，傳統(tǒng)程控機(jī)器人難以適應(yīng)頻繁的物料變化。”中聯(lián)重科中科云谷總經(jīng)理曾光說，在云邊端協(xié)同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺支撐下，現(xiàn)在的生產(chǎn)線支持靈活切換產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)“前10分鐘生產(chǎn)某型號挖掘機(jī)，后10分鐘就換另一型號”的敏捷柔性生產(chǎn)。
多個案例生動說明，第二代工業(yè)機(jī)器人能在一定程度上適應(yīng)工程環(huán)境，并助力制造業(yè)開啟了多品種、小批量、多零件混流的敏捷智能制造。
世界機(jī)器人協(xié)會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，從2009到2024年，全世界的工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量翻了7倍。“由此可見，工業(yè)應(yīng)用依舊是機(jī)器人的核心落地場景之一。”ABB機(jī)器人中國研究中心負(fù)責(zé)人張佳帆說，即便如此，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人所覆蓋的工業(yè)應(yīng)用場景只占全部場景的一小部分，這就要求工業(yè)機(jī)器人繼續(xù)不斷迭代。
2025世界機(jī)器人大會上，有專家指出，目前的工業(yè)機(jī)器人基本上局限在了感知AI這個層面上。人們共同關(guān)心的問題是：人工智能技術(shù)能不能幫助工業(yè)機(jī)器人突破瓶頸，繼續(xù)向前邁步？
新一代AI技術(shù)將在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)迭代過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。“就像當(dāng)年電力改變工業(yè)發(fā)展軌跡，AI也將重塑工業(yè)機(jī)器人世界乃至整個制造業(yè)。”張佳帆說。
那么，人工智能工業(yè)機(jī)器人的理想愿景是什么樣？“答案有可能是具身智能人形機(jī)器人。”曾光說，人工智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺會進(jìn)化成工業(yè)超級大腦，成為工業(yè)樂團(tuán)的超級指揮，而具身智能人形機(jī)器人，則會成為超級樂手，可以多功能演奏多種樂器，成為傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人這樣專業(yè)樂手的靈活補(bǔ)充。
除了在大語言模型、語言動作模型等技術(shù)層面面臨的挑戰(zhàn)，國際機(jī)器人聯(lián)合會研究委員會主席亞歷山大·維爾還從另兩個角度表達(dá)了對智能工業(yè)機(jī)器人的擔(dān)憂：其一，為確保技術(shù)可靠與時新，工業(yè)機(jī)器人搭載的AI需要定期重新訓(xùn)練，這可能與制造業(yè)系統(tǒng)長期運(yùn)行的特點(diǎn)相矛盾——在這方面，數(shù)字孿生技術(shù)有望協(xié)助訓(xùn)練工業(yè)機(jī)器人AI，并輔助工業(yè)機(jī)器人開發(fā)與調(diào)試；其二，要實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全協(xié)同，需要降低機(jī)器人運(yùn)行速度，給人們留出反應(yīng)時間，而這又與人們對機(jī)器人“速度快、力量大”的期待相悖。對此，他建議，制造業(yè)工作者應(yīng)深入理解工業(yè)機(jī)器人的工作原理，而非僅僅停留在會操作的層面。
由此觀之，受限于機(jī)器人本體在智能化、可靠性及安全性方面的不足，距離實(shí)現(xiàn)人工智能工業(yè)機(jī)器人大規(guī)模應(yīng)用還需要一段時間。
錨定目標(biāo)，篤行不怠。我國企業(yè)正在積極研發(fā)能夠自主適應(yīng)工廠環(huán)境的機(jī)器人技術(shù)。中聯(lián)重科已研發(fā)出輪式和雙足人形機(jī)器人，但人形機(jī)器人在當(dāng)前的制造業(yè)中僅能完成抓、放、抱、起等簡單動作，實(shí)際應(yīng)用場景雖暫時有限，但前景廣闊。
2025世界機(jī)器人大會論壇上，國際機(jī)器人聯(lián)合會主席伊藤貴之指出，2025年，推動機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的5個全球趨勢是：人工智能、具身機(jī)器人、可持續(xù)性需求、新客戶群以及用機(jī)器人解決勞動力短缺。
未來，工業(yè)機(jī)器人的“眼睛”“手臂”“大腦”及移動能力將持續(xù)迭代升級，還會以一次次技術(shù)突破，不斷重新定義智能制造的邊界與可能。
