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这只胳膊推开新世界的门:机械臂如何重新定义工业

作者:乐邦 发布于2018-6-22 6:56:20 - 19次赏阅

6月22日消息,国外媒体Motherboard发布文章讲述机器人手臂是如何定义工业进化的。该类设备发明于美国,经过一段时间的发展以后最终重新定义了全球各地的现代工厂。当初,美国企业对它并不买单。

以下是文章主要内容:

自捷克剧作家卡雷尔·阿佩克(Karel apek)从他的兄弟约瑟夫那里借用了“机器人”这个词,并促使它被纳入词典以后的100年里,人类和机器之间的关系就变得十分复杂,并且有了改变世界的意义。机器人肢体就是其中一个特别好的例子。

我们的大多数现代创新之所以成形,是因为:近60年前,有人发明了一种方法来让机器能够像手臂一样运作——在这一过程中重新定义工业的角色。

我们会围绕这个思路给你们讲述该有着根本性意义的设备。

“到目前为止,我们对通用转移设备的应用相当顺利。它确实提出了培训要求,即需要习得新的技能,因为将会需要大量的技术专家来操作和维护机器。我们在这个领域行动缓慢。”

——Paul F. Guy,福特汽车公司的制造、工程和系统总监保罗·盖伊(Paul F. Guy)如是谈到机器人技术在公司业务中的应用。这并不是说你能从1980年合众国际社(United Press International)的采访中听到的描述。看看吧,福特在20世纪70年代末和80年代初就有意通过完全避免使用机器人一词,转而使用“通用转移设备”,来淡化人们对机器人进入工厂的恐惧。在盖伊用那个词的时候,全世界都一致把自动化称为工业机器“机器人”。不过,尽管很隐蔽,但还是能够在机器人手臂的原始专利文件中找到该短语的变体。

Unimate设备

机器人手臂的发展和进化

就像苹果公司20年后的成长那样,工业机器人的诞生需要两个人的合力才能实现。

起初,两人都不愿意把这个东西叫做机器人。

乔治·德沃尔(George Devol)是机器人手臂的发明者,他的名字出现在相关专利上。该项专利于1954年提交申请,最终于1961年获得授予。不过,将那项名为“Unimate”的发明出售给工业世界的是联合创办Unimation公司的约瑟夫·恩格尔伯格(Joseph Engelberger)。

德沃尔发明的那项专利取名“程序化物品转移”,听起来非常低调。它实际上是全球第一个机器人手臂。

专利申请中的一个特定的段落没有完全没有使用“机器人”一词,但有使用该术语的另一种表述:“通用转移设备”。该段落明确指出,该设备是一个机器人手臂,在不久的将来将会改变世界。

“本发明率先带来了一种或多或少通用的机器,它普遍适用于需要循环控制的各类应用;在这方面,这项发明取得了许多重要的成果。”专利申请文件写道。

德沃尔是一名自学成才的工程师,1957年认识恩格尔伯格时,他已经在自动化领域有了一段很长的职业生涯。当两人相遇时,他已经申请了他的机器人手臂专利,他的第一家公司United Cinephone是第一家将光电管应用到机器上的公司。不过,正如公司的名字所暗示的,该公司实际上是从电影工业起步的,目标是为“有声电影”生产录音设备。

德沃尔的技术在市场上很快就被像RCA这样的巨头打败了,但是他很聪明地意识到,他原本打算用在电影院的光电管在其他地方也能派上用场——尤其是自动门,这也是德沃尔发明的设备。

据Robotics Age称,在20世纪40年代,这种自动化让德沃尔产生了“可教机器”的想法,那是一种基于一系列以磁化形式保存在机器中的指令而运行的设备。那项早期专利的成功最终促使德沃尔形成了机器人手臂的想法,他给该设备取的另一个称号是“操纵器”(manipulator)。

“在我们有了可教的机器之后,我们在想:为什么不制造一个操纵器呢?让我们手动操纵机器来四处转移零部件。”德沃尔解释道。

恩格尔伯格和德沃尔第一次见面是在一个鸡尾酒会上,两人因为对科幻小说的共同兴趣而结下了不解之缘。恩格尔伯格当时在Manning,Maxwell&Moore铁路设备公司的飞机部门工作,他很快就看到了德沃尔的想法的潜力。没多久,在这家铁路公司被卖给一家对航空业毫无兴趣的公司之后,一个进一步贯彻该想法的机会出现了。

恩格尔伯格与另一家名为Consolidated Diesel Electronic的公司合作,为工业机器人的研发提供资金支持。他努力地打造这项业务来支持德沃尔的发明。不久以后,Unimation公司——以及它的主要产品Unimate——诞生了。

德沃尔没有参与Unimation的日常事务,事实上他甚至连该公司的员工都称不上。他主要专注于自己的专利和发明工作,因此,留给恩格尔伯格去把他的发明推销给世界。

这给历史书制造了一个奇怪的局面:德沃尔显然是机器人手臂的发明者,但“机器人之父”的头衔却属于恩格尔伯。

1968年

这一年,麻省理工学院人工智能实验室的联合创始人马文·明斯基(Marvin Minsky)打造出了“触须手臂”(tentacle arm)。该机器人设备具有多个关节,具有很高的灵活性。从演示中可以看到,额外的灵活性,使得该手臂强壮到足以将人从地面举起来。

Unimate受到了媒体的高度关注,来看看其中的五种描述:

1.英国Movietone的一篇报道将Unimate描述为这样一种机器:可以“像人一样熟练地在工厂或实验室里执行各种任务,但完全不会感到疲倦”。

2.1961年,《新科学家》(New Scientist)杂志的一篇文章很实事求是地描述了该项设备,它没有过多地进行吹嘘,而是更多的告诉读者它有什么样的潜力。“这只手是在空气作用下操作的,因此可以通过调节气压来控制夹紧的压力。”文章写道,“虽然4英寸手指末端的最大握力是180磅,但也可以毫不费力地处理易碎的物体。”

3.与此同时,英国百代公司(Pathe)于1968年拍摄的一部电影将这台设备描述为“一个不仅对事物有着超酷掌控力的机器人;它还拥有头脑,可以通过编程变得像计算机一样。”

4.1969年,《纽约时报》刊文讨论了在福特工厂里的一台昵称“克莱德”(Clyde)的Unimate设备,着重谈到这种设备的局限性。“克莱德没有视觉能力,因此无法感知周围的环境,无法根据所学的东西采取行动,因此它完全无法与科幻小说中的机器人和半机械人相提并论。”《纽约时报》科学记者威廉·k·史蒂文斯(William K. Stevens)在一篇题为《像机器一样的人仍在蹒跚学步》(Machine-Like Men Are Still Toddlers)的文章中写道。

5.与此同时,《大众科学》在1962年的一篇文章中对这款设备的使用案例进行了深入的思考。作家奥尔登·p·阿玛格纳克(Alden P. Armagnac)写道:“如果你想的话,这种多功能的自动化设备会在钢琴或木琴上演奏‘My Country’Tis of Thee’。它会把咖啡倒进桌子上随意摆放的杯子里。或者它会拿起字母块,拼出自己的名字:‘Unimate。’”

在日本的丰田工业和技术纪念博物馆,Unimate设备正在进行作业展示。

相对来说,第一个机器人手臂的制造工作并不难。而销售部分则有点困难了。

当德沃尔发明了后来催生Unimate的专利时,它并不是叫“机器人”。尽管这个词在当时已经因为兴起的科幻小说而变成流行词,但他们不清楚这个设备是否应该被称为机器人。

在某种程度上,这是因为机器人仍然是相当新颖的概念,而且作为一家新公司,他们不想吓跑在寻找实用解决方案而非科幻式设备的潜在客户。

在与媒体见面时,恩格尔伯格一开始小心翼翼地避免过分推销这项技术。1961年,在Bridgeport Post讨论Unimation公司成立不久后举行的新闻发布会的一篇文章中,他称该设备为“操纵器”,强调它没有知觉,并说它的能力是“人类的一种延伸”。

在1981年接受Robotics Age采访时,德沃尔最终指出:既然公众把它称为机器人,那么Unimation或许也应该那么称呼它。

“你应该看看我和乔在一起的时光,我一直在劝说他将该设备称作机器人,”德沃尔当时回忆道,“他说:‘不要那样做。那样的话,我们永远也进不了汽车行业,也进不了别的行业。’”

到最后,德沃尔指出“没有人知道操纵器是什么”,才说服恩格尔伯格使用机器人这个术语。

不管Unimate叫什么,该售价2.5万美元的设备在工业环境中确实很有价值。因为通过程序化,它能够重复做同样的事情成千上万次,连续工作数百个小时,完全不需要休息,不需要花很多的功夫去维修,也不需要休假度假。这款设备可以记住多达200个连续的步骤,你在跨平台任务设置工具IFTTT上都实现不了这样的效果。

无论设备的叫法是否存在争议,Unimation数年来一直都难以取得进展。1961年,该公司将首款Unimate原型出售给了通用汽车公司,但它还是很难找到其它对其产品感兴趣的美国公司。福特最初拒绝在自己的工厂里广泛使用机器人手臂。

该问题一方面可能是因为机器人给人类工人带来了威胁。在通用汽车于1969年在俄亥俄州的洛德斯敦建立了一个高度自动化的工厂以后,工人们因为裁员和比过去快得多的工作节奏而发起反抗。根据《时代》1972年的一篇报道,“蓄意破坏”问题——有意给整车漏装部件,或者故意破坏车辆——成为了该工厂的一大问题。

在一定程度上,通用汽车是自己造成了这个问题,因为它给工人们的工作增加了额外的任务,以缓解工作的乏味,不然的话他们可能会变得心烦意乱。但《时代》记者埃德温·雷金德(Edwin Reingold)表示,那并不是员工们实际想要的。

“许多工人抱怨他们不愿像别人要求的那样努力工作,”雷纳德说,“过去被视为普通规范的事情,似乎不再为他们所接受了。”

Unimation最终在美国以外的地方取得了更大的进展。在那些地方,劳工问题没有美国那么显著。德沃尔在接受Robotics Age采访时指出,在诺基亚公司在芬兰经营的一家工厂的驱动下,欧洲成了Unimation大获成功的一个地区。(菲亚特是该公司的主要客户。)

在Unimation于1968年将其技术授权给川崎重工之后,日本也成为机器人手臂大卖的一个市场。正如你可能预料到的那样,该举在20世纪80年代日本崛起成为汽车工业的一股强劲力量的过程中发挥了重要作用——也促使日本机器人产业超越美国机器人产业。

最终,美国公司也参与进来,机器人重新定义了整个汽车产业——虽然像福特、德沃尔和恩格尔伯格等人不得不煞费苦心地去淡化这一概念。不管出于什么原因,美国公司迟迟拥抱机器人,还是让美国机器人市场失去了先发优势。

1983年,德沃尔在《华盛顿邮报》的一篇文章指出:“我们将优势拱手相让给了日本人。我就是理解不了美国。”

虽然Unimation发明并普及了该重新定义工业世界的概念,但它直到1975年才真正实现盈利。这家公司最终却被竞争对手们压垮了。

120万

这是任天堂在1966年推出的Ultra Hand设备的销量,那是该公司的第一款非电子玩具。(它实际上是一个巨大的夹钳,一端有两只手——非电子的,但有点机器人手臂的味道。)这款玩具是由著名的任天堂发明家冈培·横井(Gunpei Yokoi)发明的,后来它还启发出了另一款更加有名的设备(横井在大约20年后发明出来):Family Computer Robot,又称Robotic Operating Buddy(简称ROB)。该带有机器人手臂的设备可用来玩游戏《Gyromite》和《Stack-Up》。这款设备虽然不是大受欢迎,但却在任天堂的成功中发挥了关键的作用:在1983年视频游戏崩溃以后,它帮助说服玩具销售商囤积Nintendo Entertainment System。

有一家公司打造工业机器人手臂的故事结束于一个有点奇怪的地方:保龄球馆。

很显然,自动化让玩保龄球的体验比其他任何时候都要好得多:有机器清理球瓶,捡起球瓶,并确保球在投球者需要的时候回到投球者手中。天啊,现代机器甚至还能记分。

作为美国最大的保龄球馆运营商之一,AMF公司名字并不起眼,但它指代某种让人预料不到的工业:American Machine and Foundry,即美国机械和铸造。这家公司的历史可以追溯到1900年,它在冷战时期曾是美国政府的主要国防供应商,同期它还获得了首台球瓶排列机器的许可权。

在此期间,AMF成为第二家开发工业机器人手臂的公司,它还于1958年开始开发一种名为“全能转移机”(Versatile Transfer Machine,简称Versatran)的设备。该设备连维基百科页面都没有,尽管它也在工业革命中扮演十分重要的角色。它与Unimate在市场上竞争多年,甚至还占据某种主场优势,因为该设备是在离美国汽车产业大本营不远的密歇根制造的。

AMF的工业机器人业务最终被一家名为Prab的公司收购,该公司最终将业务重点放在了保龄球和其他的娱乐消遣上面。

2011年,乔治·德沃尔去世时,他获得了《纽约时报》的发讣告待遇。在Versatran共同发明者韦利科·米林科维奇(Veljko Milenkovic)2009年离世以后,他的女儿在LiveJournal的一个页面上提到了他的去世——一个伟大的个人故事,但不幸的是,它没有得到历史教科书的重视。

你永远不会知道AMF在工业机器人的创造中扮演了如此重要的角色……直到你想到,在很多方面,保龄球场包含了众多机器人手臂很能满足的自动化要素。就像机器人手臂一样,保龄球馆遵循一个脚本,可高度自动化运作。我们把保龄球看作一种游戏——甚至一种运动——但仔细想想,其实就是人类为了娱乐目的而与一台巨大的机器进行互动。

从这个角度来看,保龄球和机器人手臂有这种奇怪的联系并不奇怪。

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