機器人“統治”汽車制造業的時代還有多遠？
http://www.debgrams.com 2014-11-14 21:00 來源：汽車制造
這是生產車間中常見的情景，有時會讓人聯想到馬戲團中馴養猛獸的場景：關在鐵籠子里的焊接機器人。實際上機器人在保護區外也能承擔更多的任務。比如托舉運物穿越車間，然后準確放在目標位置上；或是協助生產員工置入薄膜和橡膠密封件，拼裝組件，將輪軸準確固定在底盤上。為了讓人與機器互相接近而不會產生危險，還需解決機器人在移動及安全性能方面的一些難題。“對于機器人來說，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應用研究企業Profactor公司技術總經理Andreas Pichler強調。
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境：“我們設計了一套計算程序，采用一臺攝像機作為掃描設備。”Pichler說。但這臺設備并不是進行拍照，而是實時對識別出來的物體進行建模。要想實現這一點，就必須將拍攝的圖像和攝像機的移動路徑組合起來。Profactor的研發工程師與寶馬斯太爾工廠正在合作開展一個項目，在發動機裝配工序中運用移動圖形處理技術，一臺輔助機器人協助裝配線上的工人，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符合工效學的視覺化技術。只要工人伸手到滑槽里去拿軸瓦，系統就會識別出這個軸瓦可以放在哪種連桿大端軸承上。攝像機會實時發現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已經完成了初步測試，結果令人鼓舞，不過“這個項目還不夠成熟。”Pichler說道。
機器手
首要任務是安全
對于協助工人工作的輔助機器人而言，安全與否十分重要。丹麥工業機器人制造商Universal Robots（ 優傲機器人）公司設計了兩根機器人輕量化機械臂，它們可以在合作模式下始終以一定的力度進行操作。如果機械臂遇到阻力，控制系統會立刻停止移動。據廠家自己介紹， 在其全球售出的2000臺Universal機器人中，大約80% 可以在沒有防護圍欄的情況下設置在操作人員身邊進行工作。“ 我們從未遇到因為我們的機器人而發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。根據廠家的數據，機器人的兩根機械臂都能滿足歐洲EN ISO 10218-1:2011標準的安全要求。對Iversen 來說， 由于產品日益個人化，再加上人口結構的變化以及由此帶來的專業人員匱乏的問題，要求不斷研發生產輔助用的輕量化機器人。不過，自動化程度的提高又會導致工藝流程更加復雜。要想讓生產員工適應制造工藝的這種變化，就必須將他們從單一的標準任務和體力勞動中解放出來。“輕量化機器人操作起來安全、靈活、簡便，而且成本較低，大多數生產型企業都可以對自己的生產線進行升級改造，使其適應未來發展的需要。”Universal Robots 公司CEO Iversen介紹說。
至于如何在批量生產中實現人機合作， 可以在大眾公司的薩爾茨吉特（Salzgitter）工廠中窺見一斑。在汽缸蓋的裝配環節，UR機器人可以無需防護罩，在協作運行模式下將電熱塞放入難以達到的汽缸蓋中。項目負責人介紹，該項目的首要目的是幫助員工擺脫不符合工效學的工作流程。此外，寶馬公司的美國Spartanburg工廠也在2013年底安裝了四臺UR機器人，直接和生產員工協同工作。員工們不再需要用手壓輥將隔音防潮薄膜固定在車門內側，這份費力的工作現在完全由機器人接管過來。
新技術的到來
車輛后軸驅動系統的裝配特點是對精準度、敏銳的鑒別力和力度的要求極高。在這種要求極高的環境下，機器人能否可靠地協同工作，專家們對此意見不一。梅賽德斯希望詳細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器人，其機械臂是由德國航空航天中心（DLR）專為太空用途而研發的。梅賽德斯的裝配專家與來自奧格斯堡的機器人與自動化專業企業庫卡公司（Kuka）合作，將這位鐵皮同事集成設置在麥廷根工廠生產車間內五條車軸裝配線中的一條上。在設計機械及驅動技術裝置時，他們考慮到要確保機器人能夠靈活、敏銳地對裝配任務做出反應，并相應調整自己的動作。
新技術
對庫卡公司而言，工業用工作輔助系統是他們在進一步實現裝配線自動化道路上邁出的重要一步。“ 靈敏的輕量化機器人肯定是在通向工業4.0道路上的一塊巨大而重要的基石。”庫卡系統有限責任公司管理委員會主席Frank Klingemann強調。他們自主研發的輕量化機器人“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，它與人的胳膊十分相似。其工作輔助系統由軟件控制，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節力矩傳感器，可以通過編程來調節敏感度。即使在狹窄的裝配場合里，由于這臺機器人具有碰撞識別功能，因此可以確保移動到目標位置。
靈活敏感的機器人用途多種多樣。無論是沖壓車間、白車身車間、噴漆車間或是最終裝配車間，都可以使人和機器人的優勢結合在一起，并互相彌補對方的弱點。從庫卡公司的角度來看，由于輕量化機器人的靈敏度和敏感性非常高，因此是生產員工的完美好幫手。原先那些難以自動化的、不符合工效學要求的手工作業環節，如今只需較低成本便可實現自動化。這樣不僅可以降低投資風險，而且還能降低宏觀經濟成本核算的難度。“主要優點是，裝配系統和設備不僅能夠升級、擴展和轉換，而且可以針對工作地點的產量波動做出反應。”Klingemann總結道。
在車身制造領域，重物傳送已經被整合到高速裝配線的材料流當中。目前得到廣為應用的是懸掛在傳統鋼制吊軌中的重載行車系統。
機器人取代吊掛運輸機
而如今出現了其他方案。比如說鋁合金模塊結構的升降操縱器，可以手動運送最高1噸重的物體。來自Wiehl的行車專業公司Eepos與弗勞恩霍夫協會的研究人員合作，研制出一套帶電動平衡控制裝置的操作系統。他們設置了一臺示范設備，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，并由控制系統轉化為相應的動作。
噴涂
設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作輔助機器人，實現符合工效學的、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的柔和反應，并且沒有發動機的頓挫感。“這在工效學方面是前所未有的。”汽車零部件供應商Eepos公司總經理之一的Friedhelm Mücher證實。
新技術的優勢十分明顯：工件懸吊在可編程控制的軌道上勻速前進，由操作人員直觀地引導到目的地，不會嚴重偏離預定軌跡。在關鍵位置，控制程序會產生所謂的虛擬墻和移動障礙，確保材料能夠準確地送達目的地。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。“人機合作方案的發展勢頭會越來越強。”Mücher充滿信心地說。
編輯精選
