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恒耀:机器人准备迎接新挑战

在侄女在旧金山新贝尼奥夫儿童医院当护士的第一天,她遇到了一个机器人,要求她“请让开”。它有物资要运送,她正挡着路。

耗资15亿美元的UCSF医疗中心(拥有儿童医院,妇女医院和癌症医院)成立于大约一年前,拥有世界上最大的自动机器人机队。来自Aethon的25个Tug机器人将食品,亚麻布,实验室标本和药品运送到工厂周围。

Tug是专为医院设计的自动移动机器人。它使用内置地图和传感器导航医院大厅。它可以呼叫和乘坐电梯,为人们提供正确的道路,以及在物体周围导航。它还根据需要与员工和患者进行沟通,使用大约70个短语。

“这与效率有关。UCSF医疗中心营养和食品服务部主任Dan Henroid在医院首次宣布机器人到货时说:“从别人到A运送东西的时间不算多。” “这是我们在患者面前花费的更多时间。我们希望尽可能地体现个人风格。”

制造工厂对效率也有同样的需求。尽管Aethon在医院安装领域处于行业领先地位,但其自动移动机器人也已进入工业领域。这些不同于在制造中更常见的自动导引车(AGV)。拖轮拥有自己的导航系统,而无需为该设施增加基础设施,以及全向运动传动系统。它可以与人并肩工作,并且可以绕过障碍物。

这种自主权已开始从工厂车间的典型AGV接管,AGV需要精心布置的磁带路径进行引导。GE Robotics先进制造和软件技术中心负责人Roland Menassa表示,政府已经花费了数十亿美元用于可以在战场上移动的自动驾驶坦克,而Google则在自动驾驶汽车上花费了数百万美元。他说:“我们发现其中一些渗入了自动引导车的制造。” “但是现在我们开始看到自主AGV,地板上没有胶带了。车辆知道走廊和过道。这些进步将允许在工厂中灵活地传输物料。”

卡内基梅隆大学机器人学教授兼现场机器人中心主任雷德·惠特克(Red Whittaker)说:“在机器人学研究中,对我来说最大的兴奋也许就是真正自治的成就。” 自动驾驶汽车的志向一直是让他们了解自己在哪里,要去往哪里以及做什么。“现在,自主权正在进入工作世界,对它的意义进行理性的思考,并思考该怎么做,如何去做,如何避免麻烦来完成工作。”

使机器人适应人类环境

这是帮助机器人更无缝地进入人类环境的全部部分。

“我们如何利用最先进的技术来真正帮助我们提高效率,质量和生产率?” Menassa问。“ GE的我们必须非常小心。我们是一家高度灵活的公司,拥有许多手动流程。当我们注入自动化时,我们必须以一种仍然灵活的方式来实现它。”

他补充说,协作机器人可以在与人类同行安全的工作中,而无需围栏,它一直处于这一运动的最前沿。“突然之间,当Rethink机器人技术和Universal Robots出现时,它改变了一切。几年后,大公司注意到了。”他说,剔除了Fanuc,ABB和Kuka等公司,它们都引进了协作机器人。“每个人都在参加这场比赛。”

NASA位于休斯敦的约翰逊航天中心一直在研究Robonaut,这是一种灵巧的类人机器人,可以帮助人类在太空工作和探索。在此开发过程中,一些非常重要的考虑因素是机器人与人类并肩工作的能力以及机器人能够处理各种工具的能力。

NASA和通用汽车共同开发了Robonaut 2,使其不仅可以在太空中而且可以在汽车制造业中与人类一起工作。

由NASA和通用汽车在Oceaneering Space Systems的帮助下共同开发的Robonaut 2(R2)在发现号航天飞机上被发射到了国际空间站(ISS)。据梅纳萨说,R2继续为宇航员的日常工作增加价值,他曾领导通用汽车在自动化机器人技术(包括Robonaut的工作)方面的进步。

航天飞机和空间站是为人类精心设计的环境,这是机器人发展的重要因素。Menassa说:“他们不会改变机器人的环境。” “在有很多人在工作的地方,他们想引入自动化,但是这种方式不会改变人们工作的环境。”

工业自动化也是如此,这也是通用汽车开发R2的目标。这也是行业中协作机器人最新浪潮的重要因素。“如果您想到传统的机器人技术,它会根据自动化系统设计人员。随着机器人技术的进步,情况正相反。代替机器人的是人,”梅纳萨说。“在装配线上,如果有人必须休息一下,团队负责人会介入,然后他们继续装配过程。如果机器人发生故障,一个人可以介入并代替该机器人工作。为什么?因为它们在该机器人所在的环境中没有任何改变。现在我可以在人与机器之间互换。这是一个非常强大的概念。”

汽车制造商引领了工业机器人的使用。但是,据Menassa称,尽管机器人技术的最近54年在材料处理和焊接等工艺应用方面取得了很大进步,但组装领域却很少。他说:“这是承受自动化的最后一个领域。”他指出,组装典型汽车需要3,000至4,000个零件。“垃圾箱中可能有零件,也许是袋子,还有纸板箱。机器人很难处理。”

人之手的美丽

NASA的Robonaut努力的一个关键方面是开发灵巧的操纵力,或者说机器人可以用手操纵工作的能力。面临的挑战是,制造出一种灵活性要超过合适的宇航员的机器。与以前的产品相比,R2具有更高的灵活性,可以使用宇航员当前使用的相同工具,而不再需要仅用于机器人的专用工具。

Menassa将机器人之手称为当今机器人技术的致命弱点。他说:“如今,机器人技术缺乏灵活性。” “我们的手臂有六个或七个自由度,但是手臂的末端是一个树桩。我们没有什么可以灵活地处理多个零件的。我们在工具和重新装备上花费了很多时间。仍然可以做任何事情的机器人的最终承诺还不存在。”

他说,iRobot和Rethink机器人技术公司的创始人罗德尼·布鲁克斯(Rodney Brooks)认为,灵巧操纵是“机器人总体部署研究中最困难的领域”。“涉及机制;它美丽的手。它涉及材料;我们皮肤的材料非常重要。它涉及嵌入许多传感器。它涉及算法。因此,为了取得进展,您必须拥有一支能够同时处理至少这四件事的团队。”

布鲁克斯(Brooks)最近发表讲话说,在家中对老年人护理机器人技术的研究越来越多。他预计,在未来20年内,将会看到许多机器人可以帮助人们保持独立性。但是首先,这需要对他所说的三个M进行大范围的研究:移动性(机器人如何用楼梯操纵房屋),混乱(以及周围有物品的房屋)和操纵性。

操作可能是最难破解的螺母。布鲁克斯说:“在过去的40年中,发生了许多失败的尝试,人们对此持反对态度。” “但是,如果我们在灵巧的操纵方面取得进展,那将不仅对家庭有益。这将对工厂有利,到处都将有益。这对于履行中心将是一件好事。在履行中心发生的事情,基本上,机器人技术的自动化一直在线性进行,因为我们可以做到,但是仍然要用人的手来抓住要包装的物体。”

PlusOne Robotics的创始人埃里克·尼维斯(Eric Nieves)指出,尽管计算机视觉已经显着发展,并且在机器人技术方面仍然面临一些挑战,但是看到小部件和盒子不需要改变工具。“但是拿起所说的小部件或拿起一个盒子可能是完全不同的末端执行器,不同的手。也许我可以用吸力来做一个盒子,但是必须有一个小部件X抓紧器。那你怎么办?”

自动化的当前方法要求根据需要更换末端执行器,这与人类在相同情况下所做的工作大不相同。Nieves说:“我们有一个非常灵巧的末端执行器,可以处理所有这些不同的几何形状。” “但是我们距离解决这个问题还有很长的路要走。这是很多自由度,而且是很多感官。触觉很多,我们固有地有很多力反馈,而现在技术上还没有。今天,您可以购买机器人手,但它们比机器人贵。因此,今天的投资回报率还不存在。”

Festo的仿生处理助手仿照大象的躯干建模,没有刚性接头,自由度为11。

费斯托已经超越了人类的手,并从其他生物系统中借用,开发了一种基于大象躯干的机械臂和一个基于鱼鳍结构的末端执行器。仿生处理助手的设计比常规机械手更加灵活。它由柔性塑料环制成,具有11个自由度。自适应FinGripper能够握住和移动形状细小且形状不同的物体,而不会损坏它们。

从各个角度

尽管来自各个领域的研究人员都在研究操纵问题,但机器人技术领域的另一个重要领域是他们是否适合接任三个D方面的人类职能:肮脏,危险和沉闷。不太友好的环境恰好是机器人真正派上用场的那种环境。在福岛核灾难后部署了机器人来检查结构损坏,并且可以在具有视觉或其他传感器功能的许多危险或难以到达的地点使用机器人。

这些天来,它们几乎可以来自任何地方,甚至可以从上方跌落或在墙壁上攀爬。

加州理工学院的 NASA喷气推进实验室创造了一种机器人,该机器人不仅可以对垂直表面(例如木材,石头和混凝土)进行缩放,而且还具有轻巧坚固的特点,因此可以从无人机或直升机上掉落到现场或扔在墙上。它被称为“耐用侦察和观察平台”(DROP,足够合适),它使用“微型脊柱”(microspines)-微小的钩子从柔性胎面上的轮子上散开,以抓握各种表面。

DROP的移动性和耐用性使其具有高度的适应性。它足够小,可以移动和隐身,但又足够大,可以携带有用的有效载荷,例如摄像机和麦克风。

尽管开发该机器人时考虑了火星探测等工作,但这种爬壁功能也非常适合于工业活动,例如检查墙壁或管道的结构完整性。

生产连续和分批处理的热拌沥青设施的Astec公司一直在试验自己的爬壁机器人。“ crawlerbot”使用无刷交流电动机和磁化轮来缩放沥青料仓,以测量墙壁的密度。这将消除对检查脚手架的需要,并使工人安全地躺在地面上,在那里他们可以查看由履带相机拍摄的图像。

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