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你的新同事——走出牢笼的机器人

2014年07月30日 15:40中国机床商务网作者:艾斯本H.奥斯特加点击:5157

  【中国机床商务网 新品出炉】下一代同事、新一代同事,无论你如何称呼,总之全球制造、仓储、物料搬运和供应链领域正掀起一场机器人革命。
  
  ——作者:艾斯本.奥斯特加,UniversalRobots(优傲机器人)首席技术官
  
  当被问及如何设想机器人的模样时,多数人都会想到在大型工厂围栏区域工作的庞大、笨重的机器人抑或是会模仿人类行为的未来装甲战士。
  
  然而介于这两者之间其实还有一种新的现象正在悄然发生:那就是被称为“协作机器人”的出现,这种新型机器人能够直接和人类员工一起并肩工作而无需使用安全围栏进行隔离。这种类型的合作机器人可有望填补全手动装配生产线与全自动生产线之间的差距。迄今为止,部分企业尤其是中小企业依然认为机器人自动化过于昂贵和复杂,因而从不去考虑应用的可能性。
  
  传统工业机器人一般体型庞大,在玻璃防护罩后面工作,广泛应用于汽车业及其它大型装配生产线。与之不同的是,协作机器人重量轻、高度灵活、移动方便,且能够重新编程以解决新的任务,可帮助企业调整实现更高级的小批量加工生产,从而应对短期生产的挑战。在美国,汽车产业应用机器人的数量依旧占据约65%的市场销售总量。而美国机器人工业协会RIA援引观察员数据认为在可能受益于机器人的企业中,迄今只有10%的企业已经安装了机器人。
  
  降低准入门槛
  
  这个数字如此之低的原因主要在于成本、用户友好性和适用性这三大挑战,而这些问题现在都已被新型协作机器人成功解决。让我们先来看看财务方面:
  
  下一代复杂的产品需要装配适应性强、精确度和可靠性高,即使是在劳动力成本可承受的地方,这也完全超出了人类工人的技能。根据传统的经验法则,一个机器人所需的成本相当于一个人类工人两年的工资。但是协作机器人的成本仅仅接近于这一成本的四分之一。再加上新型机器人可为工厂实现更快的周转,以及机器人技术日新月异的发展,所有这些都表明生产外移已经失去了合理的商业意义。
  
  相反,新型机器人成了一种高科技货币,正将薪资大战变成一场提高产品质量和加快周转时间的竞争。
  
  即插即用型机器人
  
  就传统机器人而言,机器人自身的资本成本仅占系统总成本的25%到30%。而剩余成本则与机器人编程、安装以及专用的屏蔽工作间相关。协作机器人的“开箱即用体验”通常为不到一小时。这其实也就是将机器人拆包、安装,以及编写第一个简单的任务程序所需的时间。
  
  为什么协作机器人具备用户友好性:无需再依赖熟练的程序员,这种新型机器人配备了平板尺寸的触摸屏用户界面,用户可通过在屏幕上指示动作来操控机械手臂。或者,通过轻松把持机械手臂,向它展示所需的运动路径。该界面符合多数工业传感器和可编程逻辑控制器(PLC)的标准。编写新的任务程序非常简单,丹麦助听器制造商奥迪康(Oticon)公司对此可谓深有体会。新型合作机器人具有用户指导直观,以及精确度高的特点,这给奥迪康留下了深刻的印象。奥迪康需要机动性高的机器人来帮助其实现短期生产的经济收益。在医学工程迅速发展的今天,生产工艺也随之不断改进,而助听器型号也更为广泛,这使得企业需要应用机器人来实现规模更小的批量生产。
  
  助听器制造商奥迪康采用UR5机械手臂来完成铸造车间各项不同的工作,而抽吸工具也被替换为可用于处理更为复杂的铸件的气动夹具。该六轴机器人的工作周期为4至7秒,可完成奥迪康传统两轴和三轴机器人无法实现的翻倒和倾斜操作。
  
  精确的操控性
  
  奥迪康以往采用的传统机器人无法解决适用性和便携性等相关问题。而有了新型机器人,这一切都迎刃而解。现代助听器的零件越来越小,其尺寸通常只有一毫米。助听器制造商一直在寻找一种能从模具中吸出小零件的解决方案。这对手工操作来讲是完全不可能的。同样,只能够进行横向和纵向运动的“老式”两轴或三轴机器人也无法实现。如果说,举个例子,一个小零件卡在了模具中,机器人必须能够将这个零件翻倒出来。
  
  奥迪康用了短短一天就在其成型车间安装好了机器人以应对新的任务。新型机器人可被牢固地安装到注塑成型机的模具上方,通过特别设计的真空系统来吸取塑料元件,而更为复杂的模制部件则使用气动夹具来处理。由于采用了六轴设计,新型机器人机动性很高,可以通过旋转或倾斜的方式将零件从模具中迅速取出。新型机器人的工作周期为4至7秒,具体时间取决于生产运行的规模和部件的尺寸。由于优化了生产流程,其投资回收期仅为60天。
  
  在奥迪康工厂,UR机器人被牢固的安装在注塑成型机上,可以在模具上方移动并拣取塑料元件。这一操作采用特别设计的真空系统来完成,可确保敏感部件不被损坏。
  
  可在有限空间内工作
  
  在意大利的CascinaItalia工厂,一个在包装流水线上工作的协作机器人每小时可以处理15,000个鸡蛋。这种机器人配备了气动夹具,可以完成10枚装蛋托的装箱操作。由于每个蛋箱装有9层10枚装蛋托,因此这项工作需要非常精确的操作和小心的放置。
  
  起初,Cascina并未料想到能够使用机器人来完成这项工作,但是在自己的工厂亲眼观看了机器人的实地演示之后,这家鸡蛋企业很快就意识到应用机器人的好处。90天之后,新型机器人就正式在工厂的流水线上工作了。这位机器人同事仅仅只有11磅重,可以在不同的包装流水线之间轻松移动,而这一点对Cascina而言至关重要,因为这家企业有四种不同大小的蛋产品,需要机器人能够紧挨着人类员工在其身旁极其有限的空间内工作。
  


  CascinaItalia使用优傲机器人公司的UR5机器人后,其自动化包装流水线每小时可处理15,000个鸡蛋。公司员工可以快速的为机器人重新编程,并紧挨着它工作而无需使用安全围栏。由于Cascina工厂车间布局在规划之初并未预料到要容纳单独的机器人自动化设备,因此一个可以在不同的工作任务之间快速移动的便携式机器人对这家意大利鸡蛋经销企业来说就至关重要了。
  
  安全第一
  
  在很长一段时间内,安全问题一直是机器人实验室研发工作的热点和主要推动力。考虑到与人类一起协作的安全性,新一代工业机器人由球形关节、反向驱动电机、力传感器和重量更轻的材料构成。
  
  Cascina工厂部署的机器人严格遵从现行有关力和力矩限制的安全要求,一旦与人类员工发生触碰,机器人身上内置的力控制装置就会自行限制触碰力度从而避免造成人身伤害。在多数应用中,通过风险评估之后,这一安全功能使得机器人可以在无需安全防护的情况下开展工作。
  
  避免繁重的劳动
  
  在斯堪的纳维亚烟草公司(ScandinavianTobaccoCompany),协作机器人现在可以直接和人类员工一起并肩工作,在烟草包装装置上完成为烟草罐加盖的操作。
  
  在斯堪的纳维亚烟草公司,现在由UR5机器人来完成烟草罐装箱的操作流程,员工得以从重复的繁重劳动中解放出来,他们被转调至更为轻松的岗位上。优傲机器人公司的新型机械手臂产品深受大家欢迎。
  
  新型机器人可代替人类员工进行繁重的重复劳动,从而解放了一至两名先前须手工完成这一工作的员工。这些员工现在已被安排到了工厂其他的岗位上。由于工厂的包装装置上没有足够的空间来隔离机器人,因此部署协作机器人极大的简化了装置并降低了成本。
  
  斯堪的纳维亚烟草公司研究开发了自己的夹具,并安排企业内部技术人员完成了初始编程工作。这既保护了企业的专有技术,也确保了高生产率,同时还避免了生产停机情况的发生,而一旦自动化解决方案出现故障也无需另行聘请收费昂贵的外包顾问。优化生产的实现使得企业业主决定将生产基地继续留在薪资水平高的斯堪的纳维亚国家。该烟草公司新型机器人的投资回报周期为330天。
  
  从每分钟45瓶到每分钟70瓶
  
  大型制造企业同样也能受益于新型机器人。在强生(Johnson&Johnson)公司设于希腊雅典的分厂,协作机器人显著优化了洗发和护肤产品的包装流程。这个机械手臂日以继夜的工作,每2.5秒钟就能从生产线上同时拿起三瓶产品,对它们进行定向处理并放置在包装机内。手工操作每分钟能处理45瓶产品,而采用机器人辅助生产方式后每分钟则可处理70件产品。
  
  在强生公司,员工非常喜欢和他们的新型协作机器人同事一起工作,他们还给它取了个名字。UR5现在被大家亲昵的称呼为“克里欧”。
  
  这些瓶子均以真空方式吸起并被安全转送,没有任何刮伤或滑落的风险。而机器人的灵巧性在此起着至关重要的作用,因为这些瓶子形状各异、大小不同,且标签并不是打印在所有产品的同一侧,这意味着该机器人必须既能从右侧也能从左侧抓握产品。
  
  强生公司任一员工都可以为机器人重新编程以完成新的任务,这样就为公司节省了聘请外包程序员的成本。
  
  机器人技术发展的新方向
  
  以上是新一代机器人成功应对传统机器人以往未能解决的现实挑战的部分应用实例。一谈到人类协作和生产的灵活性,传统工业机器人的功能必须在几乎所有层面上都进行升级:从固定安装到可重新安置,从周期性重复的任务到频繁变化的任务,从间歇连接到持续连接,从与人类没有互动到与工人频繁协作,从空间隔离到空间共享,以及从数年实现盈利到接近即时的投资回报等等。在不久的将来,机器人技术这一新兴领域将会出现更多的新发展,这将不断改变我们的工作方式及与技术互动的方式。
  
  关于作者
  
  艾斯本H.奥斯特加先生,为优傲机器人公司首席技术官,负责公司现有UR机器人产品的优化及新产品的研发。奥斯特加先生拥有机器人学博士学位,是UR机器人的发明者之一。2001年到2005年期间,他担任南丹麦大学机器人学及用户界面的研究员及副教授职务,并创立了工业机器人改造基金会。2005年,奥斯特加先生与另两位研究伙伴一起共同创办了优傲机器人公司。目前优傲机器人公司拥有近30项机器人专利技术。除担任公司首席技术官职务之外,奥斯特加先生还参与了多个国家级科研项目,并担任丹麦多所高校的校外考官。在奥斯特加先生的职业生涯早期,他曾担任过美国南加州大学研究科学家以及日本东京国立产业技术综合研究所客座研究员。奥斯特加先生在丹麦奥胡斯大学学习计算机科学、物理及多媒体专业,并由此开始专注于机器人研究。奥斯特加先生业余爱好机器人足球,并于1998年获得机器人足球世界杯冠军。
(来源:优傲机器人供稿)

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