新同事是机器人

去年冬天,美国国家航空航天局的技术人员向国际空间站发射了一个名为机器宇航员2号(Robonaut 2)的人形机器人。R2是NASA和通用汽车共同努力建造一个能够安全地在人类身边工作的机器人的结果,它仅拥有一个躯干、复杂的手臂和手指以及一个满是传感器的头。像R2这样的机器人能够完成空间任务中危险或是乏味的工作,不过它们在地面上也会对人有所帮助,它们能够协助工厂里的工人们。由于安全方面的原因,一直以来机器人通常都是与人隔离开的,随着技术的进步它们已经准备好接受更加广泛多样的任务了。

尽管机器人已经辅助制造业几十年了,但它们往往需要精确安装笨重系统以完成大规模、重复任务,如焊接或喷涂车门。但视觉处理及抓握方面的革新技术正在引领一波新的机器人大潮。今年6月,奥巴马总统向包括福特、卡特彼勒(caterpillar)、麻省理工学院(MIT)、卡耐基梅隆大学等合作伙伴公布了一项制造技术方面达到5亿美元的联邦投资(包括机器人技术的7000万美元)。尽管合作并不包括R2项目,但这代表着在研发机器人上又迈出了一步,这些机器人能够协助完成重复或高体力强度的流水线工作而无安全隐患。

“在生产设备中,机器人通常是像野兽一样被关在笼子里……只要你不进去也就不会受到伤害。”一位卡耐基梅隆大学从事机器人制造的教授戴维·伯恩(David Bourne)说。让“机器人和人类肩并肩地工作对于很多人来说是相当可怕的。”他说,“如果它在你身边旋转摆动并击中你,它可能会把你的头砍掉。”

R2在它的关节里使用了一种被称为串联弹性制动器的通用机器人技术。这种制动器在电机和机器人要拾起的物体间有一个弹簧组件。该制动器能帮助机器人探测并控制其自身运动的力度。“串联弹性制动器的使用改变了生产机器人的整个方式。‘它’使得机器人能够与人安全地交互,”iRobert联合创始人兼Heartland Robotics公司(该公司正在开发价格低廉的适应型制造业机器人并已获得串联弹性制动器许可)创始人罗德尼‘布鲁克斯(Rodney Brooks)说。

除了它的力反馈关节以外,R2被柔软的材料覆盖以防意外碰撞,并且它的脑袋里装满了摄像机——包括一个用于深度感应的红外摄像机——因此它能够跟踪其人类同事的位置。“R2能上空间站的这一事实就是证明它有多安全的极好例子。”布鲁克斯补充道,“对于装配工作它前景广阔。”

除了安全特性以外,在抓握物品方面R2比传统工厂机器人更是技高一筹。它的每个灵巧的类似人类的手指能够承受2,3公斤的重量,而手臂则可以多种姿势承受大约9公斤。R2能拨打iPhone电话,也能举起杠铃。串联弹性制动器让R2可以感知物体的力度,而不只是计算它们的位置。这正是人类的方式,例如,当我们把一块电池装回手机,我们是根据我们施加在手机上的力度的感觉来完成的。

“通常来说,工业机器人必须通过相当精确的位置控制来完成工作。一旦你拥有了力度控制,你便可以降低精度并像人类一样操作。这样为进行组装工作的机器人编程将更加容易。”布鲁克斯说。通用汽车首席机器人工程师马蒂’林(Marty Linn)预测,来自R2手和手臂的技术将有可能成为下一代流水线机器人的一部分。其抓握的多功能性意味着机器人可以用同样的手臂操纵多种不同物体,这将使它能够更快地适应新任务。“我们真的想让我们的装配过程变得非常灵活。”林说。

林表示,通用汽车每年大约使用2,500个新机器人,并且在全球范围内的工厂里拥有大约2万到2,5万个机器人。新一代机器人不会取代这些笨重的巨人们,它们会从事更小、更复杂的工作,比如安装螺钉、把手、气囊以及汽车车门里的盲点警报探测器。这种工作对于人类是具有“工效挑觇陛的”,林说。

然而,伯恩认为,要看到机器人与人类一起工作可能还需要20年,因为建立和验证安全标准需要很长的时间。“障碍主要是在责任认定方面。”他说。

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