這是生產(chǎn)車(chē)間中常見(jiàn)的情景，有時(shí)會(huì)讓人聯(lián)想到馬戲團(tuán)中馴養(yǎng)猛獸的場(chǎng)景：關(guān)在鐵籠子里的焊接機(jī)器人。實(shí)際上機(jī)器人在保護(hù)區(qū)外也能承擔(dān)更多的任務(wù)。比如托舉運(yùn)物穿越車(chē)間，然后準(zhǔn)確放在目標(biāo)位置上；或是協(xié)助生產(chǎn)員工置入薄膜和橡膠密封件，拼裝組件，將輪軸準(zhǔn)確固定在底盤(pán)上。
為了讓人與機(jī)器互相接近而不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，還需解決機(jī)器人在移動(dòng)及安全性能方面的一些難題。對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，要求它們必須能夠很好地理解人類(lèi)的行為。位于奧地利斯太爾的生產(chǎn)應(yīng)用研究企業(yè)Profactor公司技術(shù)總經(jīng)理AndreasPichler強(qiáng)調(diào)。
那么怎樣才能讓這些鐵皮同事變得更加聰明呢？在Pichler看來(lái)，首先要能夠迅速感知周邊的工作環(huán)境：我們?cè)O(shè)計(jì)了一套計(jì)算程序，采用一臺(tái)攝像機(jī)作為掃描設(shè)備。Pichler說(shuō)。但這臺(tái)設(shè)備并不是進(jìn)行拍照，而是實(shí)時(shí)對(duì)識(shí)別出來(lái)的物體進(jìn)行建模。要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須將拍攝的圖像和攝像機(jī)的移動(dòng)路徑組合起來(lái)。
Profactor的研發(fā)工程師與寶馬斯太爾工廠正在合作開(kāi)展一個(gè)項(xiàng)目，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工序中運(yùn)用移動(dòng)圖形處理技術(shù)，一臺(tái)輔助機(jī)器人協(xié)助裝配線上的工人，將軸瓦安裝在連桿大端軸承上。
目前，寶馬斯太爾工廠正在全力開(kāi)發(fā)符合工效學(xué)的視覺(jué)化技術(shù)。只要工人伸手到滑槽里去拿軸瓦，系統(tǒng)就會(huì)識(shí)別出這個(gè)軸瓦可以放在哪種連桿大端軸承上。攝像機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)工人伸手拿取的動(dòng)作，同時(shí)彩色光束投影儀會(huì)在瞬間迅速顯示軸瓦可以放在哪些連桿上。目前，這種視覺(jué)輔助裝配技術(shù)已經(jīng)完成了初步測(cè)試，結(jié)果令人鼓舞，不過(guò)這個(gè)項(xiàng)目還不夠成熟。Pichler說(shuō)道。
首要任務(wù)是安全
對(duì)于協(xié)助工人工作的輔助機(jī)器人而言，安全與否十分重要。丹麥工業(yè)機(jī)器人制造商UniversalRobots（優(yōu)傲機(jī)器人）公司設(shè)計(jì)了兩根機(jī)器人輕量化機(jī)械臂，它們可以在合作模式下始終以一定的力度進(jìn)行操作。如果機(jī)械臂遇到阻力，控制系統(tǒng)會(huì)立刻停止移動(dòng)。
據(jù)廠家自己介紹，在其全球售出的2000臺(tái)Universal機(jī)器人中，大約80%可以在沒(méi)有防護(hù)圍欄的情況下設(shè)置在操作人員身邊進(jìn)行工作。我們從未遇到因?yàn)槲覀兊臋C(jī)器人而發(fā)生事故或其他安全故障的情況。UniversalRobots公司CEOEnricoKrogIversen信心滿滿地說(shuō)道。根據(jù)廠家的數(shù)據(jù)，機(jī)器人的兩根機(jī)械臂都能滿足歐洲ENISO10218-1：2011標(biāo)準(zhǔn)的安全要求。
對(duì)Iversen來(lái)說(shuō)，由于產(chǎn)品日益?zhèn)�人化，再加上人口結(jié)構(gòu)的變化以及由此帶來(lái)的專(zhuān)業(yè)人員匱乏的問(wèn)題，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，要求不斷研發(fā)生產(chǎn)輔助用的輕量化機(jī)器人。不過(guò)，自動(dòng)化程度的提高又會(huì)導(dǎo)致工藝流程更加復(fù)雜。要想讓生產(chǎn)員工適應(yīng)制造工藝的這種變化，就必須將他們從單一的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)和體力勞動(dòng)中解放出來(lái)。輕量化機(jī)器人操作起來(lái)安全、靈活、簡(jiǎn)便，而且成本較低，庫(kù)卡機(jī)器人何服電機(jī)維修，大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)都可以對(duì)自己的生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造，使其適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要。UniversalRobots公司CEOIversen介紹說(shuō)。
至于如何在批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作，可以在大眾公司的薩爾茨吉特（Salzgitter）工廠中窺見(jiàn)一斑。在汽缸蓋的裝配環(huán)節(jié)，UR機(jī)器人可以無(wú)需防護(hù)罩，在協(xié)作運(yùn)行模式下將電熱塞放入難以達(dá)到的汽缸蓋中。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人介紹，該項(xiàng)目的首要目的是幫助員工擺脫不符合工效學(xué)的工作流程。此外，寶馬公司的美國(guó)Spartanburg工廠也在2013年底安裝了四臺(tái)UR機(jī)器人，直接和生產(chǎn)員工協(xié)同工作。員工們不再需要用手壓輥將隔音防潮薄膜固定在車(chē)門(mén)內(nèi)側(cè)，這份費(fèi)力的工作現(xiàn)在完全由機(jī)器人接管過(guò)來(lái)。
新技術(shù)的到來(lái)
車(chē)輛后軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的裝配特點(diǎn)是對(duì)精準(zhǔn)度、敏銳的鑒別力和力度的要求極高。在這種要求極高的環(huán)境下，機(jī)器人能否可靠地協(xié)同工作，專(zhuān)家們對(duì)此意見(jiàn)不一。梅賽德斯希望詳細(xì)地了解這方面的情況，因此五年前在埃斯林根（Esslingen）附近的麥廷根（Mettingen）裝配工廠中安裝了一臺(tái)輕量化機(jī)器人，其機(jī)械臂是由德國(guó)航空航天中心（DLR）專(zhuān)為太空用途而研發(fā)的。
梅賽德斯的裝配專(zhuān)家與來(lái)自?shī)W格斯堡的機(jī)器人與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)企業(yè)庫(kù)卡公司（Kuka）合作，將這位鐵皮同事集成設(shè)置在麥廷根工廠生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)五條車(chē)軸裝配線中的一條上。在設(shè)計(jì)機(jī)械及驅(qū)動(dòng)技術(shù)裝置時(shí)，他們考慮到要確保機(jī)器人能夠靈活、敏銳地對(duì)裝配任務(wù)做出反應(yīng)，KUKA機(jī)器人維修，并相應(yīng)調(diào)整自己的動(dòng)作。
對(duì)庫(kù)卡公司而言，工業(yè)用工作輔助系統(tǒng)是他們?cè)谶M(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝配線自動(dòng)化道路上邁出的重要一步。靈敏的輕量化機(jī)器人肯定是在通向工業(yè)4.0道路上的一塊巨大而重要的基石。庫(kù)卡系統(tǒng)有限責(zé)任公司管理委員會(huì)主席FrankKlingemann強(qiáng)調(diào)。
他們自主研發(fā)的輕量化機(jī)器人LBRiiwa擁有七根軸，活動(dòng)起來(lái)異常靈活，并配備了位置和柔韌性控制系統(tǒng)，它與人的胳膊十分相似。其工作輔助系統(tǒng)由軟件控制，對(duì)于非常敏感的拼接過(guò)程，多個(gè)傳感器，其中包括集成在七根軸中的關(guān)節(jié)力矩傳感器，可以通過(guò)編程來(lái)調(diào)節(jié)敏感度。即使在狹窄的裝配場(chǎng)合里，由于這臺(tái)機(jī)器人具有碰撞識(shí)別功能，因此可以確保移動(dòng)到目標(biāo)位置。
靈活敏感的機(jī)器人用途多種多樣。無(wú)論是沖壓車(chē)間、白車(chē)身車(chē)間、噴漆車(chē)間或是最終裝配車(chē)間，都可以使人和機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，并互相彌補(bǔ)對(duì)方的弱點(diǎn)。
從庫(kù)卡公司的角度來(lái)看，由于輕量化機(jī)器人的靈敏度和敏感性非常高，因此是生產(chǎn)員工的完美好幫手。原先那些難以自動(dòng)化的、不符合工效學(xué)要求的手工作業(yè)環(huán)節(jié)，如今只需較低成本便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這樣不僅可以降低投資風(fēng)險(xiǎn)，而且還能降低宏觀經(jīng)濟(jì)成本核算的難度。主要優(yōu)點(diǎn)是，裝配系統(tǒng)和設(shè)備不僅能夠升級(jí)、擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換，而且可以針對(duì)工作地點(diǎn)的產(chǎn)量波動(dòng)做出反應(yīng)。Klingemann總結(jié)道。
在車(chē)身制造領(lǐng)域，重物傳送已經(jīng)被整合到高速裝配線的材料流當(dāng)中。目前得到廣為應(yīng)用的是懸掛在傳統(tǒng)鋼制吊軌中的重載行車(chē)系統(tǒng)。
機(jī)器人取代吊掛運(yùn)輸機(jī)
而如今出現(xiàn)了其他方案。比如說(shuō)鋁合金模塊結(jié)構(gòu)的升降操縱器，可以手動(dòng)運(yùn)送最高1噸重的物體。來(lái)自Wiehl的行車(chē)專(zhuān)業(yè)公司Eepos與弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)的研究人員合作，研制出一套帶電動(dòng)平衡控制裝置的操作系統(tǒng)。他們?cè)O(shè)置了一臺(tái)示范設(shè)備，可以通過(guò)類(lèi)似操縱桿的裝置，以柔和的壓力來(lái)回移動(dòng)一輛被吊起來(lái)的小型汽車(chē)。人施加在懸吊重物上的移動(dòng)命令和力度被力矩傳感器記錄下來(lái)，并由控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的動(dòng)作。
設(shè)備所采用的提升臂來(lái)自慕尼黑工大的一個(gè)研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目的是利用協(xié)作輔助機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)符合工效學(xué)的、靈活的材料輸送，項(xiàng)目合作伙伴包括大眾公司及其他多家專(zhuān)業(yè)公司。
利用新型的升降操縱器，在整個(gè)移動(dòng)的過(guò)程中，操作人員只會(huì)感受到系統(tǒng)的柔和反應(yīng)，并且沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的頓挫感。這在工效學(xué)方面是前所未有的。汽車(chē)零部件供應(yīng)商Eepos公司總經(jīng)理之一的FriedhelmMücher證實(shí)。