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機械手臂提升高空作業安全
 

【作者: KUKA】   2022年07月20日 星期三

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經由集結機械手臂、電腦輔助影像處理系統和人工智慧優勢的開發系統,能夠為摩天大樓成功實現外牆窗戶大面積玻璃帷幕自動化清洗。


Skyline Robotics公司實現了許多其他公司嘗試過但未能完美實現的目標。在此之前的100多年,人們都是採以人工方式清洗摩天大樓的外牆。如今,來自特拉維夫(Tel Aviv)的Skyline Robotics為世界上的摩天大樓成功實現了外牆窗戶清洗自動化,把每一扇窗戶都擦好擦滿。


Ozmo:集結機械手臂、電腦輔助影像處理系統和人工智慧的優勢

Skyline Robotics 針對自動化清洗外牆開發了Ozmo系統,這套系統結合KUKA的KR AGILUS機器人和電腦輔助影像處理系統、人工智慧和機器學習技術。過去需要花費3至4個月的艱辛勞動工作,Ozmo可以不到一半的時間內自動完成。最重要的改善是該系統確保了作業安全,以KUKA機械手臂取代傳統人工,不再需要安排人員在高空作業平台上工作。


一般而言,人工玻璃外牆的清洗作業通常需要3到4名員工:2個人負責在作業平台上沿著外牆執行清洗工作,1個人在大樓屋頂上,必要時地面上還需要第4名員工。若採用Ozmo配合KUKA機械手臂來清洗外牆,只需要1個工作人員在大樓屋頂,這名人員的任務是控制作業平台、電源、水源供給和起重機。在此期間,就由機器人來負責清洗玻璃外牆。


開發歷時五年提升清潔效果

為了確保電源和水供應正常運作,Ozmo 經過精心設計,能夠適應現有的建築維護單元基礎設施,使用建築物本身的電力和水。作業平台中包含一塊配備多個不同感應器和電腦的工作臺。機器人手臂連同其雷射雷達視覺系統(Lidar;光成像、探測和測距以及使用雷射脈衝)就安裝在此工作臺上。該雷射雷達視覺系統採用第1級雷射,對人體不會造成傷害。一旦工作臺被妥善固定於外牆清洗的作業平台中之後,系統就準備就緒了。


Skyline Robotics總經理暨營運長Ross Blum表示,Skyline團隊在過去五年裡致力於開發Ozmo專案清洗大樓外牆專案,克服各種技術障礙,整合所有重要元件和特性。其中包括KUKA AGILUS工業機器人和其程式設計,使機器人手臂在清洗窗戶時能夠模仿人類的動作。


建築物清洗作業:如何讓機械手臂看見、觸碰和思考

Ross Blum以人類感官來解釋Ozmo系統的運作原理和特性:「機器人手臂會與雷射雷達視覺系統進行通訊,使機器人手臂能『看見』,而安裝在清洗刷末端的力扭矩感應器,則讓機器人有了『觸覺』。系統軟體就是它的『大腦』,負責收集各個視覺系統和感應器的資料,用於以每秒約 200 次的頻率持續修正軌跡規劃,讓整套系統沿著摩天大樓的玻璃外牆下降。」


這套解決方案的核心應用了KUKA AGILUS 防水型機器手臂,防水防塵等級達IP67,結合軟體輔助的人工智慧,得以實現用於清洗玻璃外牆的目的。Skyline Robotics研發出一套能夠將施力監測數據和其他變量回報給機器人的演算法,因此系統可以控制機器人應在建築物玻璃上施加多少力量。


從耐風雨到世界級

窗戶清洗機器人的作用範圍為1.10公尺。根據Ross Blum表示:「Skyline選擇KUKA的最主要因素之一,不僅是因為KUKA品牌以及其背後的世界級團隊所享有的信用聲譽,也因為 KR AGILUS 能夠應付戶外環境的嚴格考驗,而大多數的競爭對手都失敗了。」Blum 另外補充道,這些機器人符合防護等級 IP67,非常可靠,而且高度靈活的六軸設計也是影響 Skyline Robotics 決策的關鍵因素,因為 Ozmo系統也必須適應有些摩天大樓的現代化建築設計和玻璃外牆的複雜幾何形狀。



圖1 : KR AGILUS機器人的作用範圍達1.10公尺,即使要清洗複雜立面的外牆也難不倒它。
圖1 : KR AGILUS機器人的作用範圍達1.10公尺,即使要清洗複雜立面的外牆也難不倒它。

小型機器人控制器帶來更高自由度

Ozmo系統中採用的KUKA小型機器人控制器KR C5 micro,在滿足全球作業平台對於不同重量限制方面,也扮演重要的角色。KR C5 micro重量僅9.8公斤,比同類型的控制器輕了16公斤,而且占用空間也大幅減少。因此,在一些情況下,即使有更嚴格的重量限制,Skyline Robotics仍可以在一個作業平台上裝設多架KUKA AGILUS。「我們的目標是將機器人帶出受控環境之外的領域中拿下主導地位。」Blum如此強調。



圖2 : KR AGILUS窗戶清洗機器人:這架小型機器人在清潔玻璃外牆的工作上應用非常靈活。
圖2 : KR AGILUS窗戶清洗機器人:這架小型機器人在清潔玻璃外牆的工作上應用非常靈活。

即使遇上陣風也不失平衡

在穩定平台方面,Ozmo利用KUKA AGILUS機器人對不穩定的作業平台施加反作用力。此時,機器人手臂會在建築物窗戶上固定停留多半秒鐘,以防止作業平台擺動。根據Ross Blum的說法,Skyline Robotics是迄今第一家,同時也是目前唯一一家以這種方式成功使用機器人手臂的機器人技術公司。


長年經驗為關鍵

「許多機器人技術公司都希望能打入外牆清洗自動化的市場」,Skyline Robotics董事長暨執行長Michael Brown強調:「但是這個商業領域非常複雜且牽涉到數學問題,尤其是在人工智慧和機器學習方面。你不能只是將一架機器人放到作業平台上,然後就認為大功告成。我們多年來長期與窗戶清洗工人合作,為的是完善我們的系統,並且確保系統擁有適應多變環境所需的演算法。」



圖3 : Ozmo能夠看見、觸碰和思考,這讓窗戶清洗機器人在外牆上的工作更容易。
圖3 : Ozmo能夠看見、觸碰和思考,這讓窗戶清洗機器人在外牆上的工作更容易。

窗戶清洗機器人的有力夥伴

Michael Brown同時指出,在開發Ozmo期間,合作夥伴關係也扮演了重要角色:Brown表示,「一旦我們在紐約市完成了所謂的概念驗證階段,我們希望能再次與KUKA會面,以討論並瞭解我們能夠如何利用他們的技術來優化或進一步改良我們的產品。對我們來說,與KUKA的合作是我們公司的成功關鍵之一。」


Skyline Robotics在概念驗證階段獲得了廣泛支援,成功完成一輪高達650萬美元的融資。這一輪融資由Skyline Standard Holdings股控公司主導,另外,還有 Karcher New Venture GmbH、Gefen Capital和其他機構參與,期望繼續支持Skyline Robotics完成使命,為全世界的窗戶清洗任務打造出一個更高效、更安全的工作環境。



圖4 : 最高效率和優異清洗能力–讓許多投資人也心服口服。
圖4 : 最高效率和優異清洗能力–讓許多投資人也心服口服。

Ozmo在紐約市順利籌資

說到上述的概念驗證階段:Skyline Robotics在此階段獲得廣泛支援,成功完成一輪高達650萬美元的融資。這一輪融資由Skyline Standard Holdings股控公司主導,另外,還有 Karcher New Venture GmbH、Gefen Capital和其他機構參與。Karcher New Ventures GmbH的企業風險投資負責人Patrick Nennewitz表示:「Karcher很樂意繼續支持 Skyline Robotics完成使命,也就是為全世界的窗戶清洗任務打造出一個更高效、更安全的工作環境」。


根據Nennewitz的說法,「Skyline利用機器人改造產業同時仍然創造工作機會的能力,是其他機器人技術公司應仿傚的模式。現今建築物越來越高,而勞動力卻不斷縮減,Skyline公司的成立有如必要的及時雨。」


**刊頭圖:自動化清洗大面積玻璃帷幕:摩天大樓的玻璃窗戶過去以人工方式清潔,現在由窗戶擦洗機器人逐扇洗淨。(source:KUKA)


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