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  • 基于协作机器人的“渐次自动化”解决方案

     
    在国际定义上,协作机器人主要分为两大类,一是符合工业机器人规范ISO10218,采用了固有安全设计、?;ば源胧┮约氨晔兜墓ひ祷魅?; 还有一类没有根据工业机器人的安全规范来设计,但是符合相应行业安全标准的协作型机器人。

     

    如今业内探讨更多的协作机器人主要是指工业场景下,可以跟人共享操作空间,一同完成任务的机器人。

     

    工业机器人大约在20世纪70年代开始落地,并在工业场景中应用,经历了20年的发展,在1995年,通用汽车的机器人中心委托西北大学的教授开发协作机器人项目,提出了协作机器人的概念。又过了20多年的时间,中国协作机器人正在从概念走到现实。

     

    在21世纪的前十年,国际传统工业机器人巨头和协作机器人的明星企业KUKA、UR、Rethink、ABB、FANUC相继研发和发布了其协作机器人产品。

     

    在2011年发布的ISO10218-1工业机器人标准中,也提到了几种协作型的应用,包括人与机器人对物料的交接、安全界面、机器人的停止、人与机器人共享操作空间时如何保证人的安全、拖拽示教等。

     

    标准中也提到了实现人机协作的几种技术,例如:安全级监控停止、手动牵引、速度和区域的隔离、功率和力限制。事实上,在工业中没有绝对意义上安全的机器人,只有安全的应用。根据ISO10218以及最新的ISO15066协作机器人规范中,更多强调的是系统的安全。

     

    协作机器人的四大特点为安全、高效、易用、灵活,能够迎合现在生产的发展需求,帮助用户提升工厂的核心竞争力,即自动化、智能化、柔性化,但这并不意味着协作机器人能够胜任所有的应用场景。因此,选择合适的应用场景,并在此基础下发挥协作机器人的特点显得尤为重要。

     

    在现阶段,协作机器人与传统工业机器人是一种互补的关系,“协作化”也是未来工业机器人发展的一个重要趋势。

     

    3年前,在机器人控制领域拥有16年技术积累的艾利特全面切入协作机器人赛道,将已有技术通过协作机器人产品化落地到实际应用。艾利特机器人应用及产品总监蔡嵩林一直强调,协作机器人技术需要针对未来客户的应用场景发展。无论是完善产品素质,还是用户端产品迭代都遵循这一逻辑。

     

    蔡嵩林 艾利特机器人应用及产品总监

     

    在蔡嵩林看来,协作机器人的四大特点催生了许多传统工业机器人无法进入的新领域的应用(例如复合机器人),同时在一些传统机器人的战?。ɡ绨嵩?、组装),协作机器人轻量化、安全友好、灵活部署的差异化优势也有能力替代传统方案。

     

     

    协作机器人的适配场合

     

    蔡嵩林认为,评估协作机器人在工厂中的适应性,主要从两个维度讨论。

     

    首先,用户需要结合自身情况分析目前的生产现状。

     

    • 产品特点:工厂的生产类型是否为多品种、少批量?例如汽车零部件和电子行业,产品生命周期越来越短,产线切换频繁,这种情况下需要生产方式和生产工具都更具有柔性。

     

    • 工厂自动化能力:大厂一般有自动化部门,但中小企业的自动化团队能力不强,一般只有设备维护工程师。因此在导入自动化设备时,易用和低学习门槛决定了技术是否可以快速实践。

     

    • 产线特点:目前已经达到的自动化程度?例如产线上的部分工艺已实现标准自动化,当前目标是将这些工艺串联起来,那么就适合考虑协作机器人?;蛘叨杂谌肆γ芗夜ぷ髦馗葱愿叩墓の焕此?,可以通过协作机器人实现单站自动化。

     

    • 产业趋势:对于大部分企业来说,产业的趋势日趋显现了柔性化、数字化、智能化需求,那么协作机器人的开放性可以支持工厂对产品追溯以及机器人监控的要求。

     

    其次,在评估了生产现状后,如果希望导入机器人,那么就需要考虑实现自动化的步骤。蔡嵩林表示,比起一步到位的全自动化,基于协作机器人的“渐次自动化” (ProgressiveAutomation)将会成为更灵活和更高效的自动化升级模式。

     

    12kg协作机器人码垛应用

     

    在实际走访客户的过程中,艾利特观察到倾向于采用全自动化产线的客户往往是一些自动化水平不太高的客户。“他们看到友商和同行通过实现自动化获得的优势,一是减人,二是提升了产品品质,因此急于提升自己工厂的自动化水平,往往希望快速跨过自动化步骤,通过复制的方式直接达成全自动化目的。”

     

    “欧冠联赛投注认为这种方式是不可取的。”蔡嵩林在走访多家工厂后提出:“第一,全自动化在硬件、人力和时间上的投资非常大;第二,直接跨过中间步骤实现全自动化,中间的技术风险非常高,往往项目开展了一两年之后,无法达成预期的目标。”

     

    因此,艾利特认为有上述需求的客户,并不是最适合采用协作机器人的用户。“欧冠联赛投注建议客户使用渐次自动化的模式,实现技术和商务上的风险可控,循序渐进。”

     

    蔡嵩林进一步指出,这种模式可以让客户一边在进阶的过程中加深对协作机械臂应用特色的理解,一边提升自动化团队的应用能力,为将来进一步推行自动化打好基础。

     

    “这样协作机器人的设备利用率更高,随着用户对于产品熟悉程度加深,可实现‘一机多用’,尤其适合工厂初始自动化程度不高,或是计划通过机器人换人改进现有生产模式的企业。”蔡嵩林说道。

     

     

    6kg协作机器人应用于热熔机上下料

     

    他举例,江苏的一家客户主要为电器厂商和白色家电厂商提供??仄骱拖呖仄?,他们导入协作机器人的第一站是在PCB板的搬运和装配线用协作机械臂做分板上下料,客户工厂有非常多的自动化设备,包括焊接、PCB板插装、分板、测试、以及后道拧螺丝和组装等应用。

     

    “客户工艺化的设备已经做得非常标准化了,虽然产品的生命周期较短,经常迭代,但是工艺流程变化较小,因此客户希望重复利用现有的自动化设备。”在评估了实际生产状况后,客户发现改进的机会在于现有大量进行转运工作的人工工位。

     

    最终这家客户使用协作机器人做成标准的工作站,可以灵活地根据产线需求将机台移动到相应人工位置,替代工人执行物料移载从而实现减员。

     

     

    “渐次自动化”的挑战

     

    在渐次自动化的过程中工厂常?;嵊龅饺嗵粽?。

     

    • 挑战一:产线已经定型了,对空间要求高;

     

    • 挑战二:机器人导入后如何兼容现有设备,新设备导入时旧设备是否只能淘汰;

     

    • 挑战三:能够适应伸缩性较大的产能需求?

     

    对此,协作机器人都能提供较为理想的解决方案。

     

    对于第一类挑战,协作机器人采用一体化轻质关节设计,结构紧凑,具备高负载自重比,安装要求低且无需安全围栏,能够帮助用户省空间和固件的投入。

     

    艾利特协作机器人支持任意角度安装(正装、侧装甚至吊装),六关节机器人各单关节可±360°旋转,无工作死点,因此尤其适合既有产线中的灵活部署,用户在规划机器人位置和运行空间时限制较少。

     

    协作机器人机床上下料演示

     

    对于第二类挑战,客户要求新设备与现有设备有较好的兼容性,协作机器人可以通过通讯的方式满足用户的期望。

     

    艾利特机器人的通讯接口开放,有各类标准的数据输入输出及总线接口??突Э梢源恿街止ふ镜纳杓评砟钪醒≡袷屎献约旱姆绞?,其一,以机器人为核心作为总控,其他的设备作为集成的单元来协同协作机器人实现自动化;其二,协作机器人作为执行机构。

     

    蔡嵩林举例,一些汽车集成厂商更偏好这类方式——以PLC为主,PLC负责控制整个产线(包括传送带和设备交互),协作机器人作为执行单元设计的工作站。

     

    在艾利特机器人用于减速机装配的案例中,整个工站是整线的操作,减速机作为一个标准产品,整个产线用PLC控制(包括相机和传感器),机械臂在其中作为单元模组进行上下料作业。

     

    蔡嵩林解释:“减速机型号多样,订单波动较大,因此基于协作机器人设计的推拉工作站可以按产线产能需求移动到相应位置,完成快速部署,满足柔性化生产需求。”

     

    第三类挑战则来自产能的伸缩性,这时要求产线切换效率更高。

     

    传统行业如白电行业,有些工厂一天的产线切换需求达到十多次(因为有些工厂有大量、不同规格的贴牌订单)。协作机械臂的拖拽示教和快速移动性能够保证机械臂在切换任务时相较于传统工业机器人更快速,在这类应用中有更大的优势。

     

    至今,艾利特协作机器人产品多面开花,促使产品线扩展的边际成本进一步下降。在蔡嵩林看来:“协作机器人也好,工业机器人也罢,最终必须服务于用户,帮助他们实现价值。艾利特将继续专注于协作机器人赛道,助力更多工厂实现柔性化生产。


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