卡诺普 机器人的定制时代

覃青 叶涛

与电影中传统意义上的酷炫机器人有所区别，位于成都市成华区的成都卡诺普自动化控制技术有限公司办公区内，一台台机器人正以机械手臂的简单形状出现在机床上。“这是一种自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。” 打开正在接受调试的机器，机械手臂便自动开始做重复运动，卡诺普机器人项目总监李祥介绍道，“这种机器人由于诉求轻巧、安全与操作方便，加上其定制化程度高，已经成为各行各业所青睐的生产工具。”

工业4.0带动制造业积极转型，自动化目标促使人们对机器手臂的需求有增无减，这颗“制造业皇冠上的明珠”，正在我国制造业发展的过程中逐渐体现出自身价值。作为一家以工业机器人核心零部件及机器人整机为研发、生产、销售的国家高新技术企业、双软认证企业，卡诺普通过多年的发展，其核心技术已占据国产工业机器人半壁江山，广泛应用于焊接、喷涂、搬运、码垛、抛光打磨等领域，成为成都机器人产业的中坚力量。

随着人工智能时代的到来，在“机器人换人”大潮下，我国已经连续两年成为世界机器人最大消费国。仅去年中国机器人市场就已经超过310亿美元，有预言称到2020年，中国机器人市场规模或将超500亿美元。市场的持续扩张，为卡诺普提供了新的发展机遇，但如何在此基础上全面提升工业机器人的实用性、可靠性，使其成为智能制造产业发展的核心助力，卡诺普正尝试以行动找出答案。

首创20点标定法

近日，全球最大的企业增长咨询公司弗若斯特沙利文发布了《中国工业机器人行业产业链概览》。《概览》中显示，中国机器人市场被以“四大家族”为代表的外资企业占据，国产品牌技术方面处于弱势，关键核心部件研发亟待突破。“在关键核心部件上，我国企业长期依赖进口，像精密减速器、伺服驱动器、控制器等关键核心部件一直受制于人。”对于报告中指出的现象，李祥深有体会。

以焊接机器人为例，因为焊接工艺的复杂性，其软件功能设置相对于其他行业应用的机器人也更为复杂。“我们俗称为焊接软件包，这相当于是一个工艺包，对稳定性要求比较高。”在行业刚起步的时候，软件包基本进口国外，在调试、修改时受到很大限制。为此，卡诺普组织技術团队对软件进行自主研发，累积起一百多万条代码库，可代替95%的国外软件包，适用于大部分的工业制造情景。

除了软件包外，大多数企业在工艺精度上也存在一定的难题。由于一般情况下设计和制造出的工件都会有误差，累计误差会造成机器人的精度丢失，因此使用者需要工具找到误差点，并补偿误差，恢复机器人运动精度。但目前国外的技术需要上百万的设备，这大大增加了工厂使用机器人的成本。为推广机器人的使用，卡诺普2015年时在软件上做了一个大胆的创新，发明了20点标定法。这种简易的标定方法，为纯软件标定技术，不需要任何费用，就能解决现有零位标定采用标定仪器和软件结合方法过程繁杂、成本高昂导致零位标定的实用性和便利性差，以及由此产生的机器人控制精度不高的问题。

此外，在机器人整机领域，卡诺普创新引入国外成熟技术体系，在全国建立起六大营销服务中心和技术应用中心，为客户提供专业、及时的服务和完整的机器人应用解决方案，成为工业机器人控制器、电气系统、伺服系统三项国家标准主要起草单位，成都市新经济100家重点培育企业（“双百工程”），先后获得了多家媒体和机构颁发的《中国创业企业新苗榜：年度新锐企业》、《优秀机器人零部件奖》等10多个奖项。

个性化定制或成趋势

在众多的机器人制造企业中，卡诺普是少数几家坚持以自家工程师敲代码的方式建立软件库的创新企业。尽管统一购买软件成品是一件高效且有保障的渠道，但在卡诺普的发展思路中，这种方法只是短期有效，要想走得更长远，还是得将自主权掌握在自己手中。

李祥对此深信不疑，“接触第一个标志性客户的时候，我们的经历就证实了这种思路的正确性。”在2013年，比亚迪自行开发了一款工业机器人，用于焊接，但因其结构较为特别，需要配备相对应的特殊算法。行业内多家企业参与了这次项目，试图解决这一难题，但多以失败而归。但卡诺普直接将开发团队派到了现场，根据实际情况修改软件代码，成功推出能满足比亚迪所需要的算法。“我们的代码都是自己的，工程师可以根据具体情况快速修改，这能满足不同场景下的不同需要。”如今，比亚迪已成为卡诺普的忠实客户，购买了1000多台机器人控制系统用于其汽车零部件等焊接领域。

另一方面，自主研发的软件系统还将为卡诺普带来成本优势。尽管在前期突破从零到有的过程时，研发团队投入了大量的精力进行基础搭建，但经过多年的积累，优化了相关算法，降低了硬件的门槛和成本，使得硬件综合成本大大降低。

响应客户的特殊需求，实现个性化定制，将推动不同细分行业智能制造的进程，而这正是来自于卡诺普软件系统低成本、开放、灵活等优势所带来的影响。目前卡诺普系统采用国际流行的开放式软硬件平台，配以自主研发的高速总线控制卡、专用多轴运动控制卡、数据采集卡及机器人专用端子及安全接口，模块化的软件设计，标准的计算机总线可扩展现场总线、机器视觉系统等，可实现垂直多关节串联机器人、垂直多关节平行四边形机器人、垂直多关节L形手腕机器人、垂直多关节球形手腕机器人、极坐标机器人、Delta机器人等多类机器人的控制。

机器人普及：降低使用门槛

尽管如今的机器人已经能做到我们曾经认为不可能的事情，甚至开始往各行各业渗透，有着取代人工的趋势，但在行业内看来，智能机器人并不够智能。“机器人自治系统发展确实迅速，但人类在适应不可预见的变化方面仍然要好得多。”

当谈到复杂的工厂工作时，这一点更是不应低估，小错误和无法预料的情况发生的概率与过程的复杂程度成正比。人类可以很好地应对预料不到的情况以及预期事件和实际事件之间的差异，但机器人暂时还无法学会，更别说采取正确的应对措施。

“早期的机器人更像是数控机床，编好程序以后自己就开始动，但是它对外界环境是没有感知的，”李祥解释道，“这和我们看科幻电影的机器人差别非常大，因为它没有眼睛，没有耳朵，没有手感，这也限制了它的推广，很多场合没法使用。”所幸的是，当下的机器人得益于技术进步，不再是傻瓜式的执行者。受神经系统启发的先进人工智能算法可以帮助它学习识别类似的情况，甚至适应物理环境中不可预见的物体。但在这两种情况下，其适应性都局限于物体或事件受限范畴内的变化。

“我们现在主攻视觉方面的应用，行业内叫做无需抓取。相当于给机器人装上眼睛，让它能看到目标物体的真实位置，从而实现准确抓取。”除了视觉上的尝试，在打磨工艺上，卡诺普为机器人加上了力传感器，让打磨头浮动起来，避免目标物体表面不均匀的形态影响最终的打磨效果。“这相当于让机器人有了触觉。”

不过不管是让机器人更智能，还是打造了自主开发软件系统、独创20点标定法，卡诺普都在为一个目标而不断努力。“降低机器人使用门槛，让智能制造真正走向各行各业。”李祥认为，这是一个让过去因成本与复杂技术而萌生退意的制造业者有能力采用的有效方法。降低机器人的使用门槛，首要之际是让非具有专业背景的人也能够使用。当然这并非指不需要专业的技术人员就可以随便操作，而是指一般使用者投入培训具有一定的基础操作知识后能够在最短时间内驾轻就熟。

易于编程，并试图将过去繁复的编程操作尽可能简化，以优化使用者体验将是未来机器人能够快速切入市场应用的关键。“我们希望卡诺普的产品不仅能成为民族工业机器人的一个新亮点，也希望能为工业机器人技术的普及应用打下坚实的基础，以促进我国智能制造产业的健康发展。”