工業4.0，在中國這個世界級工廠的大地上正如火如荼的進行著。與此同時，國家和地方政府也不遺余力，大力扶持地方企業進行“機器換人”的無人化改造。我們都相信，這是一種不可阻擋的科技趨勢，也是一場不可逆的有關更大更完全解放生產力的革命潮流。
說到工業機器人，其實分類很多。但就我個人而言，接觸最多的還是串聯六軸機械臂，即俗稱的六軸機器人。因為它自由度多，靈活性好，且通用性比較高，所以廣受工業制造的青睞。現在的工業應用領域中，越來越多的6軸機器臂出現在不同的工作崗位上，用以代替人類從事各種各樣繁重，危險，高負荷的工作。這些工作曾經因為會給工作人員帶來難以預估的身體和精神傷害，而廣受詬病，并且隨著中國老齡化的浪潮的到來，也使企業主難以招到滿意的員工。而現在，靈活穩定的機械臂的出現，剛好解決了這個問題。
在某些行業領域，6軸機械臂有廣泛的應用，如家電行業，鑄造行業；在某些行業領域，6軸機械臂有更廣泛的應用，如汽車行業，電子行業。在這些擁有高附加值和標準化生產線的行業中，價格不菲的機器人的優勢才能更好的發揮出來。
1959年美國英格伯格和德沃爾(Devol)制造出世界上第一臺工業機器人,機器人的歷史真正開始。現如今，半個世紀過去了，工業機器人可謂走過了一段漫長的發展之路。從當初的實驗室，到現在工業應用的各個行業，我們可以看到，機器人的應用已經越來越成熟。但是這種成熟，似乎也非常集中在某些行業，如電子生產，汽車制造等。
為什么這么說呢？我們來看看智能手機的發展過程，從04年出現，到現在的非常普及乃至普通，其中有一個非常重要的事件，就是生產工藝的標準化。比如充電器接口，所有安卓智能手機的充電器接口都一樣。這種設備的標準化，有一個很明顯的好處，就是給用戶帶來了很多方便。出差，忘記帶手機充電線了，不怕，我們可以很容易在周邊借到一根充電線。標準化的優勢，更多的體現在產品的普及過程，和無限的可能性發展。它能讓更多的人參與進來，使用，設計，優化。這對一種產品的成熟至關重要。
工業機器人的發展如何呢？發展了半個多世紀，我們看到，它的成熟度和發展了幾年的手機相比，實際上差距還是很大。工業機器人有自己的小圈子，本體廠家之間都是明顯的競爭關系，他們的保護壁壘也更加厚實。他們對自己的機器人都十分自信，覺得它們能完成更多，更精細的工作。所以與他人合作的意愿就沒有那么強烈，甚至是不愿意和他人交流。
但是，我們看到工業機器人的行業應用還是有限的。機器人在使用的時候，也沒有本體廠家們想象的那么好用。實際上，它還需要更多的設計來完善功能，增加使用的便利性和靈活性。
進過60年的發展，到目前為止機器人的擁有量不到300萬臺，而中國一年的汽車產量2500萬臺。機器人作為一種產業或者產品，它幾乎可以忽略不計。而原因在于，由于眾多技術的限制使機器人只是局限在制造業很窄的一部分里。盡管如此，機器人在全球范圍的熱度卻仍在持續升溫。
實際上，當前就制造業向“智造業”的轉型發展已成為共識，廣東近幾年出現的“機器換人”的大潮更是一個典型代表。在產品生命周期縮短、消費者個性化需求提高的當代，傳統的大規模流水線工業已經跟不上節奏——智能手機的更新換代的周期更是已經縮短到11個月，連汽車等高檔消費品的更新周期也減少到了4年，靈活、快速及可以隨時變化升級的生產線為工業機器人提出了新的要求，也提供了新的機遇。
個人感覺，工業機器人的發展和應用，如果想更上一層樓，需要在以下方面做出改變：
1.本體廠商對設備精度和性能的提升，對傳感設備的深層研發，并構架出閉環控制系統。
工業機器人普遍能達到低于0.1毫米的運動精度(指重復運動到點精度)，抓取重達一噸的物體，伸展也可達三四米。這樣的性能雖不一定能輕易完成蘋果手機上一些“瘋狂”的加工要求，但對絕大部分的工業應用來說，是足以圓滿完成任務。
隨著機器人的性能逐漸提升，以前一些不可能的任務也變得可行起來(如激光焊接或切割，曾需要專門的高精度設備來指導激光的走向，但隨著機器人精度的提升，現在也變得可依賴機器人本身的準確運動來代替了)。
但相比傳統高端設備，如高精度數控機床，激光校準設備，或特殊環境(高溫或特低溫)設備等，工業機器人尚力不能及。
工業機器人是工業智能化的一個標志，它不僅體現在機械控制系統的智能編程上，還需要外部傳感設備支持。為了檢測作業對象及環境或機器人與它們的關系，在機器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復雜的工作。由于外部傳感器為集多種學科于一身的產品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進一步完善，機器人的功能越來越強大，將在許多領域為人類做出更大貢獻。
2.本體廠商對數據底層接口的開放，本體廠商之間標準化接口和編程語言。
傳統機器人的工作本質就是不斷地走一個個的路徑點，同時接收或設置外圍的I/O信號(老和其他設置如夾具，輸送線等合作)。而指導機器人這么做得過程，就是機器人編程。幾乎每一家領先公司都有自家的編程語言和環境，從而需要機器人操作者參加學習培訓。當機器人適用范圍增廣后，這個成本開始顯現了。
這些廠商是有理由維護自家的編程環境的，一來工業機器人四十年前就開始規模化做了，那時還沒有什么面向對象等現在廣為熟知普遍認同的主流先進編程理念，二來萌芽階段自家技術難免會和競爭對手不同，維護一個編程方式也無可厚非，三來因為他們的大客戶往往也是傳統的工業大客戶，如大汽車廠商，這些客戶求穩，自然不希望你機器人過幾年就趕個熱潮變換編程方式，搞得他們還得扔掉幾十年的經驗，重新花大錢培訓學習。
標準化底層數據接口還有另外一個好處，就是直接給上層的應用級開發帶來很多方便的地方。現在，大多數離線編程公司因為沒辦法拿到機器人底層數據接口，無法直接和機器人通信，所以程序調試起來很麻煩。同時，因為沒有底層數據接口，離線編程應用等開發出來的功能也十分有限。這給編程人員和整個機器人應用的廣泛普及都帶來了很大的苦惱。
3.軟件服務公司對機器人通用功能的完善，對工藝數據的處理。
機器人離線編程系統的研制和開發涉及的問題很多．包括多個領域的多個學科。目前工業領域的機器人離線編程軟件種類也很繁多，軟件的性能和功能也參差不齊，各有千秋。舉例來說，國外離線編程軟件發展較早，工業應用也比較成熟。像Robotmaster，RobotStudio，RobotWork等都是首屈一指的離線軟件大佬，他們在國內外的行業應用中，都經過大量的實踐檢驗。國內的工業機器人離線編程軟件雖然起步較晚，但是因研發投入較大，重視程度較高，所以進步很大，典型的案例就是北京華航唯實機器人公司的RobotArt離線編程軟件。其公司技術背景一是北航機器人研究所與CAD中心數十年的航空航天項目經驗，二是數幾十人的優秀研發團隊，再加上背后財團的大力支持，商業化后短短兩年就發展成國內離線編程軟件的領導者，一騎絕塵，可謂成績不俗。。
離線編程技術是未來工業機器人發展的重點之一，但是，就目前的工業應用來說，軟件需要改進的地方還有很多。為推動這項技術的進一步發展，也需要多個方面的研究工作，下面就以大家比較熟悉的國產離線編程軟件RobotArt為例，來具體談談軟件需要改進的地方：
a)多媒體技術在機器人離線編程中的研究和應用。友好的人機界面、直觀的圖形顯示及生動的語言信息都是離線編程系統所需要的。在這些地方，RobotArt相比較外國軟件，做的已經很好了。當然，這個和它是國產軟件，有一群了解中國人軟件使用習慣的程序猿有很大關系。良好的人機交互體驗能減少軟件使用者的上手和學習難度，同時也能增加用戶的使用欲望，幫助設計人員更好的工作。
b)多傳感器的融合技術的建模與仿真。隨著機器人智能化的提高，傳感器技術在機器人系統中的應用越來越重要。因而需要在離線編程系統中對多傳感器進行建模，實現多傳感器的通訊，執行基于多傳感器的操作。對于傳感器的支持，據我所知，RobotArt這方面的研究還比較少，國外同行做的也不盡如人意。機器人要想更智能化，傳感器是一個非常關鍵的設備，其相關技術還需要大家共同努力，盡早突破。
c)各種規劃算法的進一步研究。其包括路徑規劃、抓取規劃和細微運動規劃等。規劃一方面要考慮到環境的復雜性、運動性和不確定性，另一方面又要充分注意計算的復雜性。我們知道，離線編程仿真軟件，一個非常重要的功能就是，產線軌跡，軌跡規劃和軌跡生成。為了減少不必要的成本，提高工作效率，我們使用軟件更多的是出于設計方面的考慮。RobotArt軟件可以支持多機器人的產線規劃，支持單機器人的軌跡規劃和生成，這大大滿足了我們工程師在設計方面的要求。
d)錯誤檢測和修復技術。系統執行過程中發生錯誤是難免的．應對系統的運行狀態進行檢測以監視錯誤的發生，并采用相應的修復技術。此外，最好能達到錯誤預報，以避免不可恢復動作錯誤的發生。RobotArt在程序仿真的時候，打開干涉檢查功能，會對軌跡中的錯誤做初步檢測。生成后置程序的時候，會對后置的機器人數據做最后的檢測過濾，如果發現有不符合程序正常運行的數據，會拒絕生成后置代碼。這樣做的目的是最大程度減少，來自程序設計本身的失誤。這一點需要給RobotArt的設計人員點個贊，做的真的很好。
在解決上述軟件通用功能以后，對工藝數據的整理組織也是一項十分重要的工作。專家庫的建立，能夠把軟件編程和機器人操作的門檻降低，讓更多的非專業工作人員進入到智能化產線當中。機器人換人的目的不是讓人失業，而是解放勞動力，讓設計人員把精力和時間投入到更有價值，更有意義的工作中去。隨著全球老齡化的到來，隨著員工的更新換代，操作經驗和技術工藝也面臨傳承不濟和逐漸流失的風險。如果離線編程軟件能做好工藝數據的沉淀和應用，也算是功德一件。對于企業的自身發展，也很有幫助。目前，各個離線編程廠家或多或少都有自己的工藝數據包，像RobotStudio等這樣有本體機器人做依托的離線廠家，工藝數據自然豐富強大一些，沒有本體依托的軟件廠家，也在做相關方面的研究。RobotArt在東莞也建立起了自己的科學試驗站，和多家國內本體廠商合作，專門從事打磨，焊接，去毛刺等工藝研究，現已積累大量可用于工業生產的工藝數據。
總結：只有當上述三個問題得以突破，工業機器人才能擺脫目前只是作為一種機械設備在行業領域應用的現狀，從而進入廣泛的市場。不止是作為人類的替代或人類能力的延伸，而是成為一個真正能夠獨當一面的機器人。我們相信這一天的到來，將會是人類科技發展史上非常重要，輝煌的一個篇章。
