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协作机器人的创新应用

来源:智能制造纵横     发布时间:2021-02-27
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随着工业4.0的日益推进,机器人技术正以指数级的速度增长,其中:工业机器人和人工操作者相关协同工作的问题尤为受到关注。包括优傲机器人(UR)、ABB在内的多家企业正在向更安全、灵活、易用地使用协作机器人的目标上迈进。


2008年,UR卖出第一部协作机器人,轻巧灵活的UR5协作机器人交付使用。通过直观的用户界面开创了人性化的3D编程设计,让任何人都可以快速设置和操作机器人手臂。


协作机器人与蓄势待发的工业4.0


作为一种设备,大多数协作机器人完全符合工业4.0设计原则。它们配备强大的工业用计算机,在任何工厂环境中互通互联,并且可以轻松接入物联网。协作机器人通过收集数据并将其传递给其他系统进行分析、建模等方法,提高信息透明度。它们能够通过为人类同事执行一系列“对于人类操作者而言令人不快、过于疲劳或不安全的任务的方式”,从而为人类操作者提供技术支持。


除了其固有的与工业4.0兼容性,协作机器人为那些可能无法负担传统工业机器人的公司实现自动化生产流程发挥了重要作用。由于它们具有多功能性、易于编程、体积小、重量轻且价格合理等特点,协作机器人正在广泛应用于中小型企业以及发展中国家不同规模的公司。


多功能性、用户友好性、小的占地空间和可负载性,使得协作机器人非常适用于先前未实现自动化的生产过程中。协作机器人能够以这种方式实现机器人自动化的全面发展,并帮助全球各地的公司加入到前沿的自动化浪潮中。


随着制造业生产模式从少品种、大批量向多品种、小批量转变,大部分制造企业常常面临日益增大的成本压力、产协作机器人的创新应用本刊编辑部整理品多样化需求不断增加以及时刻变化的产量需求等挑战。


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个性化定制和柔性化生产所需要的已不是传统的生产方式,不断迭代的产品对机器人组装工艺的通用性、精准度、可靠性都提出了越来越高的要求。为了应对这一挑战,需要更柔性、更高效的解决方案,那就是智能化与协作,制造方式必然需要具备更高的灵活性和自动化程度。


汽车与医疗作为协作机器人比较典型的两大应用领域,本期中,先来看看UR机器人与ABB的一些经典应用。


协作机器人如何解决汽车生产中的主要挑战


电动汽车先驱者埃隆•马斯克(ElonMusk)曾说过,在汽车生产过程中“人类被低估了”,这句话呼应了通用机器人的核心理念⸺人类和机器人共同工作比机器人或人类单独工作产生更好的结果。麻省理工学院的一项研究调查也得出了相同的结论,与协作机器人一起工作时,工人的空闲时间减少了85%。


汽车行业是传统工业机器人的最早应用行业,也是协作机器人最早广泛应用的行业之一。如今,自动化已渗透到汽车生产的几乎所有方面,从一级和二级供应商的零件装配生产到原始设备制造商(OEM)生产工厂下线的最终产品。


根据国际机器人联合会(IFR)的调查,2019年全球共计安装了37.3万台工业机器人,同比下降12%。但其中协作机器人的整体的安装量增长了11%。其未来发展由此可见一斑。那么,汽车生产中的哪些痛点正在推动协作机器人需求的增长?


自动化专家优傲机器人正在攻克协作机器人在汽车生产上的难点,并进一步探讨柔性协作机器人在汽车制造中的重要性,并在此过程中展示一些UR直接针对汽车行业需求而开发的解决方案。


一直以来,优傲的协作机器人因其灵活性、占地面积小、投资回报率高和稳定的性能而在汽车生产中受到越来越多的关注。


•解决痛点


UR公司软件产品经理JacobBomMadsen说,汽车制造业的零部件生产实现高度自动化已达数十年之久,但是有些任务,尤其是在装配方面,仍然“高度依赖体力劳动”。在诸如螺丝拧紧之类的任务上,UR的协作机器人的灵活性和很小的占有空间真正使汽车制造商受益。“许多汽车生产都在市区,那里基本找不到面积超过100,000平方米的厂房,”BomMadsen解释说,“协作机器人的好处之一是它们的灵活性,在经过风险评估之后,它们可以以任何方向安装,可以安全地围绕在人类周边,而且可以执行各种任务。对于工厂在城市的汽车制造商而言,协作机器人的占地面积至关重要,这意味着它们可以轻松地放置在现有的生产线上,安装在基座上或安装在移动平台上。”


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有意思的是,由UR的合作伙伴在Robominds开发的移动协作机器人在德国的戴姆勒卡车公司执行垃圾箱拣选任务。


实验室采样有压力?协作机器人来帮忙


瑞典卡罗林斯卡大学医院实验室团队迎来了一位新同事⸺ABB协作机器人,由它来接管一项繁重的任务,这位新同事的加入,为实验室创造了更好的工作环境并提高了效率。


机器人解决方案在医疗健康领域的应用并非什么新鲜事物。从疫苗研发和测试到病人护理,整个医疗行业都面临着人员不足的问题,因而不断探索如何利用机器人自动化来填补生产力差距。


瑞典卡罗林斯卡大学医院拥有独立的创新中心,并一直在积极探寻解决方案,以帮助在整个运营过程中提高绩效水平。该医院与包括ABB在内的多个组织合作,一直在探索运用机器人技术执行各类任务,包括外科手术、儿科护理及运送仪器、衣物和食物。


“几年前,当时我们看到了其他行业的自动化发展,便也开始摸索如何利用机器人自动化帮助医疗行业,思考医疗行业可以从机器人自动化技术当中学习到什么。”卡罗林斯卡大学医院创新中心经理AnnikaThoresson如是说。


据了解,Annika非常支持医院的创新工作。实验室充分利用自动化技术,每年有数以百万计的医疗样本在这里处理,虽然固定自动化分拣有利于处理大数量样本,但实验室没有就此满足,仍旧着手对人工处理步骤中的重复性体力劳动进行改进。


卡罗林斯卡大学实验室预分析组部门经理LenaNyman告诉我们,“大量的必须在实验室完成的工作实际上既单调又重复。人工处理样本,连续数个小时重复同样的动作,对工作人员的手腕和肩膀都会造成损伤。多年来,我们一直尝试寻找有效解决方案,帮助缓解这一问题。”


•ABB协作机器人接受任务


安装一台ABB协作机器人确实减轻了手工取样过程的工作负担。2019年该实验室安装了YuMi机器人,它的任务是扫描试管并打开运输套管。有了YuMi协作机器人,实验室的工作人员可以从重复性工作中解放出来,完成其他工作任务。同时,他们也不再需要忍受重复性工作造成的手腕和肩膀疼痛。


卡罗林斯卡大学医院继续探索在实验室和更多医疗健康相关领域应用机器人处理额外工作的可能性。随着新冠肺炎疫情的大爆发,机器人在医疗领域扮演着日益重要的角色,既可用于感染预防工作,也可减轻医护人员繁重的工作负担。


小结


越来越多的公司正在体验协作机器人在各种自动化场景上带来的好处,易于安装和调试、少量的编程,即插即用等优势,使得协作机器人适用于更多的场景。


但是,值得思考的是,协作机器人在实现国产化发展的过程中,其核心零部件一直是个困扰,常说的控制系统、伺服系统、减速器三大零部件的国产化一直没有得到很好的解决。这个问题在工业机器人的发展中就已经尤为掣肘。在协作机器人产品中就更为突出,同时协作机器人使用了很多传统机器人没有使用的零部件,例如直驱电机,模块化的编码器,关节力矩传感器,安全控制器等。由于协作机器人关节的集成度很高,很多看似不起眼的小部件都会影响最终的产品定型和量产。


总之,协作机器人作为一项颠覆性的创新,正在机器人领域快速生根发芽。协作机器人和相关的柔性机电一体化、人机交互、云机器人等技术将成为工业机器人领域技术研发与投资的风口。另外,全球协作机器人市场的快速增长也是大势所趋,在未来10年内全球协作机器人市场的收入增长将明显快于传统工业机器人市场,并在2025年达到100亿美元的规模(来自研究机械的预测)。不过,协作机器人并不能完全取代传统工业机器人,其仍将作为工业机器人的一个重要的分支,在未来很长的时间内将与传统的工业机器人共存,并共同发展。


部分内容来源:UR协作机器人,ABB机器人



本刊编辑部整理


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