這是生產(chǎn)車間中常見的情景，有時會讓人聯(lián)想到馬戲團(tuán)中馴養(yǎng)猛獸的場景：關(guān)在鐵籠子里的焊接機(jī)器人。實際上機(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)確固定在底盤上。為了讓人與機(jī)器互相接近而不會產(chǎn)生危險，還需解決機(jī)器人在移動及安全性能方面的一些難題。“對于機(jī)器人來說，要求它們必須能夠很好地理解人類的行為。”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Andreas Pichler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，首先要能夠迅速感知周邊的工作環(huán)境：“我們設(shè)計了一套計算程序，采用一臺攝像機(jī)作為掃描設(shè)備。”Pichler說。但這臺設(shè)備并不是進(jìn)行拍照，而是實時對識別出來的物體進(jìn)行建模。要想實現(xiàn)這一點，就必須將拍攝的圖像和攝像機(jī)的移動路徑組合起來。Profactor的研發(fā)工程師與寶馬斯太爾工廠正在合作開展一個項目，在發(fā)動機(jī)裝配工序中運(yùn)用移動圖形處理技術(shù)，一臺輔助機(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發(fā)符合工效學(xué)的視覺化技術(shù)。只要工人伸手到滑槽里去拿軸瓦，系統(tǒng)就會識別出這個軸瓦可以放在哪種連桿大端軸承上。攝像機(jī)會實時發(fā)現(xiàn)工人伸手拿取的動作，同時彩色光束投影儀會在瞬間迅速顯示軸瓦可以放在哪些連桿上。目前，這種視覺輔助裝配技術(shù)已經(jīng)完成了初步測試，結(jié)果令人鼓舞，不過“這個項目還不夠成熟。”Pichler說道。

　　機(jī)器手 首要任務(wù)是安全

 

　　對于協(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Universal Robots（ 優(yōu)傲機(jī)器人）公司設(shè)計了兩根機(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)會立刻停止移動。據(jù)廠家自己介紹， 在其全球售出的2000臺Universal機(jī)器人中，大約80% 可以在沒有防護(hù)圍欄的情況下設(shè)置在操作人員身邊進(jìn)行工作。“ 我們從未遇到因為我們的機(jī)器人而發(fā)生事故或其他安全故障的情況。”Universal Robots公司CEO Enrico Krog Iversen信心滿滿地說道。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EN ISO 10218-1:2011標(biāo)準(zhǔn)的安全要求。對Iversen 來說， 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的專業(yè)人員匱乏的問題，要求不斷研發(fā)生產(chǎn)輔助用的輕量化機(jī)器人。不過，自動化程度的提高又會導(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)和體力勞動中解放出來。“輕量化機(jī)器人操作起來安全、靈活、簡便，而且成本較低，大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)都可以對自己的生產(chǎn)線進(jìn)行升級改造，使其適應(yīng)未來發(fā)展的需要。”Universal Robots 公司CEO Iversen介紹說。

　　至于如何在批量生產(chǎn)中實現(xiàn)人機(jī)合作， 可以在大眾公司的薩爾茨吉特（Salzgitter）工廠中窺見一斑。在汽缸蓋的裝配環(huán)節(jié)，UR機(jī)器人可以無需防護(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。項目負(fù)責(zé)人介紹，該項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Spartanburg工廠也在2013年底安裝了四臺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門內(nèi)側(cè)，這份費(fèi)力的工作現(xiàn)在完全由機(jī)器人接管過來。

 

　　新技術(shù)的到來

 

　　車輛后軸驅(qū)動系統(tǒng)的裝配特點是對精準(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，專家們對此意見不一。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輕量化機(jī)器人，其機(jī)械臂是由德國航空航天中心（DLR）專為太空用途而研發(fā)的。梅賽德斯的裝配專家與來自奧格斯堡的機(jī)器人與自動化專業(yè)企業(yè)庫卡公司（kuka）合作，將這位鐵皮同事集成設(shè)置在麥廷根工廠生產(chǎn)車間內(nèi)五條車軸裝配線中的一條上。在設(shè)計機(jī)械及驅(qū)動技術(shù)裝置時，他們考慮到要確保機(jī)器人能夠靈活、敏銳地對裝配任務(wù)做出反應(yīng)，并相應(yīng)調(diào)整自己的動作。

 

　　新技術(shù)

 

　　對庫卡公司而言，工業(yè)用工作輔助系統(tǒng)是他們在進(jìn)一步實現(xiàn)裝配線自動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。”庫卡系統(tǒng)有限責(zé)任公司管理委員會主席Frank Klingemann強(qiáng)調(diào)。他們自主研發(fā)的輕量化機(jī)器人“LBR iiwa”擁有七根軸，活動起來異常靈活，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，對于非常敏感的拼接過程，多個傳感器，其中包括集成在七根軸中的關(guān)節(jié)力矩傳感器，可以通過編程來調(diào)節(jié)敏感度。即使在狹窄的裝配場合里，由于這臺機(jī)器人具有碰撞識別功能，因此可以確保移動到目標(biāo)位置。

 

　　靈活敏感的機(jī)器人用途多種多樣。無論是沖壓車間、白車身車間、噴漆車間或是最終裝配車間，都可以使人和機(jī)器人的優(yōu)勢結(jié)合在一起，并互相彌補(bǔ)對方的弱點。從庫卡公司的角度來看，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現(xiàn)自動化。這樣不僅可以降低投資風(fēng)險，而且還能降低宏觀經(jīng)濟(jì)成本核算的難度。“主要優(yōu)點是，裝配系統(tǒng)和設(shè)備不僅能夠升級、擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換，而且可以針對工作地點的產(chǎn)量波動做出反應(yīng)。”Klingemann總結(jié)道。

 

　　在車身制造領(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。比如說鋁合金模塊結(jié)構(gòu)的升降操縱器，可以手動運(yùn)送最高1噸重的物體。來自Wiehl的行車專業(yè)公司Eepos與弗勞恩霍夫協(xié)會的研究人員合作，研制出一套帶電動平衡控制裝置的操作系統(tǒng)。他們設(shè)置了一臺示范設(shè)備，可以通過類似操縱桿的裝置，以柔和的壓力來回移動一輛被吊起來的小型汽車。人施加在懸吊重物上的移動命令和力度被力矩傳感器記錄下來，并由控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的動作。

 

　　噴涂

 

　　設(shè)備所采用的提升臂來自慕尼黑工大的一個研究項目。該項目的目的是利用協(xié)作輔助機(jī)器人，實現(xiàn)符合工效學(xué)的、靈活的材料輸送，項目合作伙伴包括大眾公司及其他多家專業(yè)公司。利用新型的升降操縱器，在整個移動的過程中，操作人員只會感受到系統(tǒng)的柔和反應(yīng)，并且沒有發(fā)動機(jī)的頓挫感。“這在工效學(xué)方面是前所未有的。”汽車零部件供應(yīng)商Eepos公司總經(jīng)理之一的Friedhelm Mücher證實。

 

　　新技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯：工件懸吊在可編程控制的軌道上勻速前進(jìn)，由操作人員直觀地引導(dǎo)到目的地，不會嚴(yán)重偏離預(yù)定軌跡。在關(guān)鍵位置，控制程序會產(chǎn)生所謂的虛擬墻和移動障礙，確保材料能夠準(zhǔn)確地送達(dá)目的地。輕松地移動重物，不僅能夠提高材料流的速度，而且可以讓年長的員工輕而易舉地操作沉重的部件。“人機(jī)合作方案的發(fā)展勢頭會越來越強(qiáng)。”Mücher充滿信心地說。