【工业4.0案例分析之124】ABB人机协作机器人YuMi用于小部件装配

少数生产领域正在发生如同小型零件装配般快速的变化。尤其是电子工业，见证了自熟练工人得到供应后对机器人需求的突增。随着传统装配方法的价值衰减，生产商发现了投资新工艺在战略和经济上的必要性。

电子小部件的生产必须在切换当中将效率、质量和灵活性结合起来。传统的机器人系统适应新设置的能力是受限的：而由于这种系统的灵活性，协作的机器人则能非常优秀地适应这方面。因为YuMi机器人部分尚不不明晰的长期表现，这个项目为进一步的发展提供了珍贵的认识。通过采集系统对产品数据以及故障情况的记录，我们拥有用于进一步改良YuMi机器人的详细而具体的数据。

2015年，ABB公司出展了第一台人机协作双臂机器人YuMi。ABB机器人技术再一次打破机器自动化的未来形态，从根本上改变工业流程的局限。YuMi是一语双关，暗示了“你”（You）和 “我”（Me）共创自动化未来。这项突破性的技术是多年研发的成果，预示着一个机器人同事的新时代的到来，机器人同事将能够和人类肩并肩地进行同一项工作，还能同时保证周围人员的安全。

正当YuMi为满足电子工业客户灵活多变的生产需要而设计的时期，它已经在所有小型零件装配线上得到了同样分量的应用，得益于它的双臂型、灵活手掌、全零件供应系统、基于摄像机的部件定位、领先的程序设计和当前状态精准运动控制的设计。

乍一看，人工装配线的工业流程看似相当容易实现自动化，但实际上复制人类的能力并不那么简单，人类是不可思议的机械。YuMi有触摸和运动控制，从而能够敏捷、精准的把控微小的事物，同时能够判断手臂各个部分使用多大的力气来拿以不至于将物品打碎。YuMi能够看到物件，能够将其捡起来，还能不间断的操作完全不同的部分。YuMi还具有空间意识以保证我们可以密切、和谐的与同事互动。

有了YuMi，挑战就变为了如何实现复制这些人类能力，同时在某种程度上实现根本上的低成本、重现至少如人类一般安全的操作能力，还要能够提供自动化的实质利益。通过远远不止于机器人本身的目的建造设计，我们建立了一套固有的部件安全系统，他能够满足未来小型零部件装配精度、使用轻便、快速性、灵活性和高投资回报的要求。

YuMi天生具有安全的基因：就像人类的手臂包裹着肌肉来保护骨骼一样，YuMi有一副轻量而高强度的镁骨骼，金属骨骼由塑料外壳夹裹软衬垫包围。这样的布置方式能够吸收任何由意外强烈碰撞而产生的力。就像人类手臂一样，YuMi的辅助部件两个相对的表面不会在开合间压坏。

YuMi设计紧凑，大小、尺寸都和人类相近，并且具有七轴运动特性的双臂使得机器人能够在一个适合人类大小的紧凑的工作环境中兼备灵敏性和精准性。YuMi机器人仅重35千克，它具备一个集成控制系统，集成了内部多路包含云端、数字、全球所有标准家居电力所支持的工作命令的输入及输出通信电缆，极其轻便，并可随意调遣。

如果YuMi检测到一个意外的碰撞，比如和人类同事发生了碰撞，那么它能够在数毫秒之内停止它的动作，并且能十分轻易地通过按“Play”键遥控重启当前的动作。机器人与浮垫的结合大大的提高了人类同事的工作安全性。尽管在这些固有的安全特性之下，YuMi仍是不可思议的精准快速。反复运动并返回到同一个空间点的精确度在0.02毫米内，运动最大速度达到1500毫米每秒。

为了操控今天小型零部件装配环境中极其多样化的零件，YuMi装备可开发多种配置的集成高敏手臂，可配置伺服手爪、双吸盘和视觉系统。整体上，YuMi手臂可全定制以满足最丰富的装配任务。

然而，小型零部件装配中复杂操作问题不只是存在于人手的灵活性上，为设定的任务供应零件对于高效操作也是十分关键的。为了解决这个问题，ABB公司开发了FlexFeeder^TM用以传送零部件，FlexFeeder可存储大量的零部件，大小从3mm到30mm不等，它们都放在一个容器中。直接从容器中挑选零件是一个非常复杂的三维问题，因此FlexFeeder将这个问题转化为更加简单的二维挑选操作，通过将一小部分零件放到一个平台上，YuMi的集成手臂摄像机可以轻易地确定这个平台上零部件的位置，并指示手爪抓取零件。

最后，为了使YuMi的编程如同告诉人类做什么一样简单，我们建立了一个简易的编程系统，甚至每个人都能使用它。事实上，我们还在犹豫要不要把它称为编程。它更像教学，而且每个人都自然的知道怎么教。随意的动动你的手臂和手掌做几个动作，在配套的YuMi应用上导入路径点和抓取动作，轻松的引导YuMi的机械臂和机械手。你可以实时的看到软件在你眼前将那些运动转化为底层的动作程序，这就意味着YuMi只需要少得多的工程资源就能完成非常复杂的任务。

Lead-Through编程系统可以将数小时冗长的编程转化为几分钟的轻松工作。如果任务的复杂程度超出了Lead-Through的编程能力，在你需要的时候你仍能够全权使用ABB的快速程序语言（RAPID）进行传统的程序编写。

ABB公司是全球的技术领先者，该公司专注于公共设施、工业、交通运输和基础设施等领域，业务遍及100个国家。目前，ABB公司成为物联网领域的领导者，ABB公司提供的工业设备遍布全球，同时ABB公司通过超过7万个控制系统连接7亿台ABB设备。

为什么YuMi对世界如此重要

如果我们考虑所有围绕着这个产品的特点和创新性，那么我们就不仅仅是在生产机器人，我们正在向小型零件装配的自动化提供彻底解决方案。对于采用了YuMi的生产商，就更快速生产、更高产品品质、更低能耗、更高效、更灵活和高度投资回报而言，利益是不可否认的，但YuMi远远不只是一个经济增长的刺激品。

如果我们透过ABB的视角分析，“美好世界的动力和生产力”，YuMi明确的表达了生产力部分。它提供了一种强有力的方法将实现经济增长与环境因素、人类影响脱离开来，助力创造更美好的世界。

作为一个完全解决方案，YuMi不仅给生产商带来了利益，从生产商到工人、到环境、到使用产品的客户，它对整个价值链都带来了福音。它对工人更加有益的原因是它提供了更加安全的工作环境和更高品质的生活；它令环境更好是因为它更少投入更少产出废弃物。最终，它对客户更加有益的原因便是，YuMi总是能够超越人类工作的精度和速度，收获更高的产品质量、产生更少的废弃物。

人机协作对未来的利处

在YuMi为小型零件装配线和自身重要利益而具体设计的时候，它只是ABB为人类、机器人协作的一个想法而设计的第一个生产方案。人机协作的利处显然不局限于一个行业，实际上，几乎所有行业都在跻身摘取协作性机器人生产方式的利益。

首先，协作的方式让仍然需要人类参与的自动化生产流程成为这种方式的一部分，而且自动化生产依靠当今技术仍然无法实现完全自动化。这就打开了自动化行业中全新而未开发的市场。

其次，到未来普遍采用机器人系统我们仍将需要等待一段相当长的时间，那将要具备一些相比当今协作机器人更加关键的优点（例如更高的载荷、更快的生产周期、更坚固的劣境防护，如铸造车间），这个时期协作型机器人在系统设计、安装、授权和操作方面，还远远不如传统工业机器人那么资源密集。实际上，很多传统机器人系统已经借助先进的软硬件安全控制技术实现了这其中某些方面的利益，就像ABB公司的安全移动技术（SafeMove），结合了多种视觉环境监控系统，使得机器人具备“部分”协作性。

特别地，没有安全限制、空间紧凑的全协作型自动化生产使得工厂可以利用现有的足迹更加简单地安装建造。在协作性环境中编写程序同样可以通过“教学”而非使用程序语言完成。因为如果系统操作员采用，他们就能够一直使用强大的ABB快速编程语言（RAPID），在让它四周转动和训练它如何从A点运动到B点的同时，还能够与其互动的能力意味着训练掌握许多新的任务都只是几分钟而非数小时的事情。总的来说，ABB公司的部件协作系统，包括机器人，使得机器人自动化能够更加轻松的集成于一体。

第三，协作型机器人提升了工作的性质，它使得人们工作在需要更多思考而更少肢体劳作的岗位上。另外，当人类和机器人一同工作的时候，精度和速度总是比单独的人工生产更好，产品质量更高，产生的废弃物更少。

随着全球人口特征的变化，人们的生活标准有所提升，人们将会更多的寻找精神价值更高的工作。为了适应这样的变化，协作型机器人令人们的工作环境更有吸引力，同时替换了正从员工中消失的生产技巧。

机器人与就业

随着机器人市场持续展示出爆发性的增长态势，得益于逐渐轻松的部署和操作，以及许多以往认为无法有效进行自动生产的行业的自动化，协作性的人类、机器人工作环境将会成为这个增长的一个巨大驱动力。

在劳动力方面，引起了广泛注意的话题是机器人的增加将如何影响就业。随着机器人应用的增长和人类、机器人协作的增多，以及与其他技术的一致性造就的自动化技术爆发，ABB公司坚信这将会是一个令人乐观的结果。这种乐观不是生于纯粹的理想主义，反而是植根在历史所传达的经验中。

过去几百年的工业化进程中，每一个巨大的进步都形成了更加强大而非脆弱的经济。是的，在这些进步中的确有一部分已经变得无关紧要。但是，进步的结果总是产生了更多的工作，因此失业只是更多出现于一些被废弃的领域，并且总体效果是就业的提升，最明显的地方就是那些没人想象过技术的发展能带来这些新工作的行业。

人类从本应自动化进行的苦工中解放，将有可能引发一种新的经济，它将聚焦在利用人类的创造力而不是生产力上。并不是机器人抢占了人类的工作，而是人类在过去几百年的工业化进程中一直做着机器人应该做的工作，而今天的自动化科技终于能够使机器人做最适合他们的工作。

当然，未来的经济将会和工业化社会前几百年的经济大有不同。我们不知道未来将会是怎样的，但要是人类吸取历史教训的话，未来将会充满更多更加适合人类的工作，而且不会产生诸如今天仍存在生产环境中的工场伤害，不论是人身上的亦或是精神上的。在ABB公司，如果我们不相信一个技术将会给人类带来一个更美好的世界，那么我们就不会追求这项新的技术。