关于机器人如何自我编程？

几十年来（lái），机器（qì）人技（jì）术的（de）故事（shì）一直是一样的：您需要大量的批量生产（chǎn）才（cái）能获（huò）得任何收益。在许多领（lǐng）域，机（jī）器（qì）人（rén）技术一直是（shì）仅（jǐn）限于（yú）大规（guī）模制造商的游戏，而任（rèn）何生产（chǎn）各（gè）种SKU的商店都被排除在外。

高（gāo）产品组合的制造商（shāng）避（bì）免在许（xǔ）多应用中使用机器人。造（zào）成这种情况的主要原（yuán）因不是机器人本身的成本，而是适应机器人（rén）环境（定（dìng）位夹具（jù））的（de）成（chéng）本以及对其编（biān）程的成本（běn）。

大多（duō）数高（gāo）产品组合环（huán）境（jìng）不断变化。可移动的夹具，错误（wù）地挂在（zài）传送（sòng）带上的物体或任何侧向（xiàng）放置的设备（bèi）都可能（néng）使（shǐ）传（chuán）统编（biān）程的机器（qì）人完全无法进入。价值50,000美元的机器人可能只为一项任务，零件或操作就需要15万美元或（huò）更多的集成成（chéng）本。如果应用程序需（xū）要复杂的零件或批次更改，则成本可能会激增。

这并（bìng）没有阻止制（zhì）造商开展工（gōng）作，但是随着技术（shù）工（gōng）人（rén）不断面临的挑战，机器人技术的（de）成本必须快速（sù）下降，其中包括编程成本。大多数机器人都（dōu）定位在六个轴上，需要对它们进行编程说明。这包括每个机（jī）器人关节的位置和机（jī）械限制。在（zài）大多（duō）数情况下，指令必须（xū）精确到毫米。

但是（shì），借助（zhù）人工（gōng）智能（AI），对于高产品（pǐn）组（zǔ）合的制造商（shāng）来说，自动化（huà）的成本效（xiào）益（yì）方（fāng）程可能会发生巨大变化（huà）。那是因为现（xiàn）在（zài）有些机器人正在有（yǒu）效地自我编程

“什么”与“如何”

假设您（nín）要一位同事在休息后（hòu）的回（huí）程中为（wéi）您买咖啡，对（duì）于一个人来说，非常容易。但是对于机器人来说（shuō），您需要（yào）特定的说明：“走进这扇门（mén），沿着90英（yīng）尺的高度走下去，走几分钟，然后回去，在最左边（biān）拿一（yī）杯咖啡在（zài）柜（guì）台的另（lìng）一边，沿着90英尺的大厅（tīng）往回走（zǒu），重新（xīn）进入工作区，然后（hòu）把（bǎ）咖啡放到（dào）我手中。”并且，如果（guǒ）自您上次看到（dào）咖啡机以（yǐ）来一（yī）直有（yǒu）人移动咖啡机，则操（cāo）作（zuò）将失败。

近年（nián）来，制造（zào）商已（yǐ）通（tōng）过以下（xià）三（sān）种方（fāng）式之一对机器（qì）人进行了编程：使用示教（jiāo）器进行顺序编程，运动学操纵以及离线编程。示教器（qì）的进步已经尝试（shì）使机器人编程更加直观。通过运动（dòng）学（xué）操作（zuò），操作（zuò）员（yuán）可（kě）以物理（lǐ）定位机器人并记录（lù）位（wèi）置，从而使情况变（biàn）得容（róng）易一些（xiē）。尽管程序确实（shí）需（xū）要考虑（lǜ）速度（dù）和机器（qì）人的（de）机械限（xiàn）制，但（dàn）还（hái）是从中得出了（le）路径。离（lí）线编程和仿真可以节省车间（jiān）编（biān）程（chéng）时间（jiān），但是操作员会（huì）花时间进行验证（zhèng），重（chóng）写和（hé）修改程序，以解决仿（fǎng）真环境（jìng）与实际环境之间的（de）差异。

在所有这些（xiē）情况下（xià），程序（xù）员都在告诉机器人“如（rú）何”执（zhí）行其任务-像获（huò）取咖（kā）啡的详细说明一样。自编程机器人技术采用根本（běn）不同（tóng）的方法。无需告诉他（tā）们如何做。相反，只需要告诉他们“做什么”即可。

什么是自编程机器人？

自（zì）编程机器人（rén）会自动生成任务计划。它感知环境，在可能的范围内了解过程（chéng）约束，然后在不需要人工干预的情（qíng）况下执行任务。

与传统的（de）工业（yè）自动化不同（tóng），自编（biān）程机器人被赋予特（tè）定的“目标”，例如任务（wù）描述，例如（rú）“油漆该表（biǎo）面（miàn）”。AI会考（kǎo）虑机器人的规格和限制（zhì），例如允许移动（dòng）的速度以及正在处理的对象的位置；然（rán）后，它（tā）会实时（shí）为每个零（líng）件创建有（yǒu）效的计（jì）划。

机器（qì）人（rén）在（zài）航空航（háng）天零件上进（jìn）行粉末喷涂，并（bìng）在其旁边显示了对（duì）同一过程的仿真-所（suǒ）有这些过程都是实时自动编程的。照片由Omnirobotic提供

自编程机器（qì）人使用人类眼睛的（de）方式相同（tóng），它使用（yòng）3D视觉感知（zhī）对象前方（fāng）的各个方面（miàn），例（lì）如对象的（de）形状（zhuàng），大小和相（xiàng）对（duì）位置。机（jī）器人将所（suǒ）有这些信息与分配的任务（wù）相关联，然后使用基于AI的算法对信息进行解释，并（bìng）找出实现目标的最有效途径。这可能包括（kuò）物体运动的（de）情况，例如钩（gōu）在连续移动的输（shū）送线上的钣金零（líng）件。

当机器（qì）人为任（rèn）务生成自己的（de）程序时，它（tā）将使用（yòng）来自3D视觉（jiào）（环（huán）境的“数字孪生”）的信息来验证计（jì）划（huá）的每（měi）个部分。这种（zhǒng）AI的运作方式类似于（yú）熟练的操作员（yuán）如何（hé）使用其眼睛和大脑。它适应于其前（qián）面的对象的位置，方（fāng）向和形（xíng）状的变化。

喷（pēn）涂工艺（yì）的潜力

高产品组（zǔ）合制（zhì）造商可以在（zài）各种（zhǒng）操作中（zhōng）部（bù）署自编程（chéng）机器人。例如，这种机器人现在被用于喷涂（tú）航空零件。

一般而言，喷涂工艺是自（zì）编程机器人技术进入市（shì）场的最快途径。粉末涂料，液体喷涂，喷丸，喷砂（shā），热（rè）喷涂和（hé）点胶（jiāo）均适用，主要（yào）是因为在几毫米范围内就可以依靠视觉传感器和机（jī）器人（rén）精度。特（tè）别是对于粉末涂料和（hé）液体喷涂，自编程机器人（rén）首先投（tóu）入使用，因为对解（jiě）决方案的需求是如此之高。

对于（yú）工业（yè）喷漆和粉（fěn）末（mò）涂料（liào），挑战（zhàn）是三重的：如（rú）何实（shí）现高质量的输出，如（rú）何限制（zhì）昂贵（guì）的返工并保护工人的（de）健康和安全？随着工作的进行，工人不仅变得疲（pí）倦，而且视力和准（zhǔn）确性也下降，工作的一致性也受到影（yǐng）响。返工成本可能很高（gāo），有时（shí）足以使整（zhěng）个批次无（wú）利可图。如（rú）果（guǒ）不遵（zūn）循正确的安全性和人体（tǐ）工程学规范，则在某（mǒu）些工业喷漆和粉末涂料环境（jìng）中（zhōng）长期使用可能会导致呼吸系（xì）统疾病（bìng），整形外科挑战（zhàn）和（hé）慢性疼痛。

对于自编（biān）程机（jī）器人，一旦设置（zhì）了视觉传感器，只要接受定期维护，其精（jīng）度就不会降（jiàng）低到（dào）其校（xiào）准值以下，这不超过（guò）大多数工业机器人所需的有（yǒu）限维护。机器人（rén）无需戴口（kǒu）罩或使用空气过滤系统，并且它们不会长期滋生困扰（rǎo）许多熟练（liàn）工人的疾病。

当今的传感器可（kě）以克服照（zhào）明和反射率方面的挑战，并且机（jī）器人可（kě）以以高（gāo）线速度运行，并且可以将各（gè）种零件放置在任何方向上（shàng）。自编程机器人使用启发式方法来确定其喷（pēn）涂的（de）涂料量和产生（shēng）的覆盖（gài）量（liàng）。目（mù）的（de）是（shì）用最少的粉末浪费获得尽可能一致（zhì）的光洁度。

液体绘画确（què）实增加了一（yī）些额外的复杂性。例如，如果机器人暂（zàn）停（tíng）或（huò）反复经过某个地点，则系统必须考虑油漆滴落的（de）风险（xiǎn），这（zhè）最终成为一个附加变（biàn）量。但是，一旦考虑了此变量，机（jī）器人就可以实现（xiàn）高一（yī）致（zhì）性，精度和可重复性。

除了基于喷雾（wù）的应用程序之外，自编程机器人可以做什么也没（méi）有任（rèn）何限制。还（hái）有要做的更（gèng）多工作（zuò）。传（chuán）感器，夹具和其（qí）他（tā）组件必（bì）须具有成本效益（yì），制造商需要能够快速部署（shǔ）这些机器人系统（tǒng）。

例如，诸如（rú）焊接（jiē），研磨和抛光之类的（de）接触过程比诸如喷漆或（huò）粉末（mò）涂料（liào）之类的喷（pēn）涂过程需要更高的精度。这仅意味着需要设计其他解决方（fāng）案。即便如此，自编（biān）程机器（qì）人的原理仍然存在。

粉末涂料是自动化的成熟应用（yòng），因为它（tā）涉及到将（jiāng）工人（rén）放置在经过多年（nián）暴露（lù）会导致（zhì）健（jiàn）康问（wèn）题的环境中。盖蒂图片社

大批量/小批量生产的AI

通过使AI发挥作用，制造商（shāng）可（kě）以使许多重复性最高，参与度最低（dī）的任务（wù）实现自动化，而这些任务（wù）仍然需要人（rén）工（gōng）水（shuǐ）平，知识和诀窍。油漆和粉（fěn）末涂料只是许多示例中的（de）第一个。

没有人会从抑制自动化中受（shòu）益，但（dàn）是出于自身利益考虑，自动化也不一定具有成本效益。第一（yī）步是（shì）识别并验证（zhèng）操作中最繁琐，重复和（hé）危险的工作实际上是（shì）否可（kě）以（yǐ）自动化。通过在（zài）这种（zhǒng）情况下使用机器人并提供解决方案，制造商可以将其自动化工（gōng）作发展到包（bāo）括整个单元和生（shēng）产（chǎn）线。随着（zhe）这种过渡的发生，公（gōng）司将看到现有（yǒu）员工可（kě）以填补空白，发挥自己的想法并帮助产生更好的结果的（de）地方。

在所有这些（xiē）方（fāng）面，自（zì）编程机器人技术可以（yǐ）发（fā）挥关键作用。这种新型的自动化（huà）将帮助释放（fàng）资源（yuán），并使制造（zào）商（shāng）更有效地（dì）进行（háng）生产（chǎn），而所（suǒ）有这（zhè）些都无需（xū）重（chóng）新设计设施就可以（yǐ）首先安装（zhuāng）机器人。