你的新同事——走出牢籠的機器人
http://m.sharifulalam.com 2014-07-29 10:24 來源：Universal Robots CTO觀點文章
下一代同事、新一代同事，無論你如何稱呼，總之全球制造、倉儲、物料搬運和供應鏈領域正掀起一場機器人革命。
—— 作者：艾斯本.奧斯特加， Universal Robots (優傲機器人) 首席技術官
當被問及如何設想機器人的模樣時，多數人都會想到在大型工廠圍欄區域工作的龐大、笨重的機器人抑或是會模仿人類行為的未來裝甲戰士。
然而介于這兩者之間其實還有一種新的現象正在悄然發生：那就是被稱為“協作機器人”的出現，這種新型機器人能夠直接和人類員工一起并肩工作而無需使用安全圍欄進行隔離。這種類型的合作機器人可有望填補全手動裝配生產線與全自動生產線之間的差距。迄今為止，部分企業尤其是中小企業依然認為機器人自動化過于昂貴和復雜，因而從不去考慮應用的可能性。
傳統工業機器人一般體型龐大，在玻璃防護罩后面工作，廣泛應用于汽車業及其它大型裝配生產線。與之不同的是，協作機器人重量輕、高度靈活、移動方便，且能夠重新編程以解決新的任務，可幫助企業調整實現更高級的小批量加工生產，從而應對短期生產的挑戰。在美國，汽車產業應用機器人的數量依舊占據約65%的市場銷售總量。而美國機器人工業協會RIA援引觀察員數據認為在可能受益于機器人的企業中，迄今只有10%的企業已經安裝了機器人。
降低準入門檻
這個數字如此之低的原因主要在于成本、用戶友好性和適用性這三大挑戰，而這些問題現在都已被新型協作機器人成功解決。讓我們先來看看財務方面：
下一代復雜的產品需要裝配適應性強、精確度和可靠性高，即使是在勞動力成本可承受的地方，這也完全超出了人類工人的技能。根據傳統的經驗法則，一個機器人所需的成本相當于一個人類工人兩年的工資。但是協作機器人的成本僅僅接近于這一成本的四分之一。再加上新型機器人可為工廠實現更快的周轉，以及機器人技術日新月異的發展，所有這些都表明生產外移已經失去了合理的商業意義。
相反，新型機器人成了一種高科技貨幣，正將薪資大戰變成一場提高產品質量和加快周轉時間的競爭。
即插即用型機器人
就傳統機器人而言，機器人自身的資本成本僅占系統總成本的25％到30％。而剩余成本則與機器人編程、安裝以及專用的屏蔽工作間相關。協作機器人的“開箱即用體驗”通常為不到一小時。這其實也就是將機器人拆包、安裝，以及編寫第一個簡單的任務程序所需的時間。
為什么協作機器人具備用戶友好性：無需再依賴熟練的程序員，這種新型機器人配備了平板尺寸的觸摸屏用戶界面，用戶可通過在屏幕上指示動作來操控機械手臂。或者，通過輕松把持機械手臂，向它展示所需的運動路徑。該界面符合多數工業傳感器和可編程邏輯控制器（PLC）的標準。編寫新的任務程序非常簡單，丹麥助聽器制造商奧迪康（Oticon）公司對此可謂深有體會。新型合作機器人具有用戶指導直觀，以及精確度高的特點，這給奧迪康留下了深刻的印象。奧迪康需要機動性高的機器人來幫助其實現短期生產的經濟收益。在醫學工程迅速發展的今天，生產工藝也隨之不斷改進，而助聽器型號也更為廣泛，這使得企業需要應用機器人來實現規模更小的批量生產。
助聽器制造商奧迪康采用UR5機械手臂來完成鑄造車間各項不同的工作，而抽吸工具也被替換為可用于處理更為復雜的鑄件的氣動夾具。該六軸機器人的工作周期為4至7秒，可完成奧迪康傳統兩軸和三軸機器人無法實現的翻倒和傾斜操作。
精確的操控性
奧迪康以往采用的傳統機器人無法解決適用性和便攜性等相關問題。而有了新型機器人，這一切都迎刃而解。現代助聽器的零件越來越小，其尺寸通常只有一毫米。助聽器制造商一直在尋找一種能從模具中吸出小零件的解決方案。這對手工操作來講是完全不可能的。同樣，只能夠進行橫向和縱向運動的“老式”兩軸或三軸機器人也無法實現。如果說，舉個例子，一個小零件卡在了模具中，機器人必須能夠將這個零件翻倒出來。
奧迪康用了短短一天就在其成型車間安裝好了機器人以應對新的任務。新型機器人可被牢固地安裝到注塑成型機的模具上方，通過特別設計的真空系統來吸取塑料元件，而更為復雜的模制部件則使用氣動夾具來處理。由于采用了六軸設計，新型機器人機動性很高，可以通過旋轉或傾斜的方式將零件從模具中迅速取出。新型機器人的工作周期為4至7秒，具體時間取決于生產運行的規模和部件的尺寸。由于優化了生產流程，其投資回收期僅為60天。
在奧迪康工廠，UR機器人被牢固的安裝在注塑成型機上，可以在模具上方移動并揀取塑料元件。這一操作采用特別設計的真空系統來完成，可確保敏感部件不被損壞。
可在有限空間內工作
在意大利的Cascina Italia工廠，一個在包裝流水線上工作的協作機器人每小時可以處理15,000個雞蛋。這種機器人配備了氣動夾具，可以完成10枚裝蛋托的裝箱操作。由于每個蛋箱裝有9層10枚裝蛋托，因此這項工作需要非常精確的操作和小心的放置。
起初，Cascina并未料想到能夠使用機器人來完成這項工作，但是在自己的工廠親眼觀看了機器人的實地演示之后，這家雞蛋企業很快就意識到應用機器人的好處。90天之后，新型機器人就正式在工廠的流水線上工作了。這位機器人同事僅僅只有11磅重，可以在不同的包裝流水線之間輕松移動，而這一點對Cascina而言至關重要，因為這家企業有四種不同大小的蛋產品，需要機器人能夠緊挨著人類員工在其身旁極其有限的空間內工作。
Cascina Italia使用優傲機器人公司的UR5機器人后，其自動化包裝流水線每小時可處理15,000個雞蛋。公司員工可以快速的為機器人重新編程，并緊挨著它工作而無需使用安全圍欄。由于Cascina工廠車間布局在規劃之初并未預料到要容納單獨的機器人自動化設備，因此一個可以在不同的工作任務之間快速移動的便攜式機器人對這家意大利雞蛋經銷企業來說就至關重要了。
安全第一
在很長一段時間內，安全問題一直是機器人實驗室研發工作的熱點和主要推動力。考慮到與人類一起協作的安全性，新一代工業機器人由球形關節、反向驅動電機、力傳感器和重量更輕的材料構成。
Cascina工廠部署的機器人嚴格遵從現行有關力和力矩限制的安全要求，一旦與人類員工發生觸碰，機器人身上內置的力控制裝置就會自行限制觸碰力度從而避免造成人身傷害。在多數應用中，通過風險評估之后，這一安全功能使得機器人可以在無需安全防護的情況下開展工作。
避免繁重的勞動
在斯堪的納維亞煙草公司（Scandinavian Tobacco Company），協作機器人現在可以直接和人類員工一起并肩工作，在煙草包裝裝置上完成為煙草罐加蓋的操作。
在斯堪的納維亞煙草公司，現在由UR5機器人來完成煙草罐裝箱的操作流程，員工得以從重復的繁重勞動中解放出來，他們被轉調至更為輕松的崗位上。優傲機器人公司的新型機械手臂產品深受大家歡迎。
新型機器人可代替人類員工進行繁重的重復勞動，從而解放了一至兩名先前須手工完成這一工作的員工。這些員工現在已被安排到了工廠其他的崗位上。由于工廠的包裝裝置上沒有足夠的空間來隔離機器人，因此部署協作機器人極大的簡化了裝置并降低了成本。
斯堪的納維亞煙草公司研究開發了自己的夾具，并安排企業內部技術人員完成了初始編程工作。這既保護了企業的專有技術，也確保了高生產率，同時還避免了生產停機情況的發生，而一旦自動化解決方案出現故障也無需另行聘請收費昂貴的外包顧問。優化生產的實現使得企業業主決定將生產基地繼續留在薪資水平高的斯堪的納維亞國家。該煙草公司新型機器人的投資回報周期為330天。
從每分鐘45瓶到每分鐘70瓶
大型制造企業同樣也能受益于新型機器人。在強生（Johnson & Johnson）公司設于希臘雅典的分廠，協作機器人顯著優化了洗發和護膚產品的包裝流程。這個機械手臂日以繼夜的工作，每2.5秒鐘就能從生產線上同時拿起三瓶產品，對它們進行定向處理并放置在包裝機內。手工操作每分鐘能處理45瓶產品，而采用機器人輔助生產方式后每分鐘則可處理70件產品。
在強生公司，員工非常喜歡和他們的新型協作機器人同事一起工作，他們還給它取了個名字。UR5現在被大家親昵的稱呼為“克里歐”。
這些瓶子均以真空方式吸起并被安全轉送，沒有任何刮傷或滑落的風險。而機器人的靈巧性在此起著至關重要的作用，因為這些瓶子形狀各異、大小不同，且標簽并不是打印在所有產品的同一側，這意味著該機器人必須既能從右側也能從左側抓握產品。
強生公司任一員工都可以為機器人重新編程以完成新的任務，這樣就為公司節省了聘請外包程序員的成本。
機器人技術發展的新方向
以上是新一代機器人成功應對傳統機器人以往未能解決的現實挑戰的部分應用實例。一談到人類協作和生產的靈活性，傳統工業機器人的功能必須在幾乎所有層面上都進行升級：從固定安裝到可重新安置，從周期性重復的任務到頻繁變化的任務，從間歇連接到持續連接，從與人類沒有互動到與工人頻繁協作，從空間隔離到空間共享，以及從數年實現盈利到接近即時的投資回報等等。在不久的將來，機器人技術這一新興領域將會出現更多的新發展，這將不斷改變我們的工作方式及與技術互動的方式。
關于作者
艾斯本 H.奧斯特加先生為優傲機器人公司首席技術官，負責公司現有UR機器人產品的優化及新產品的研發。奧斯特加先生擁有機器人學博士學位，是UR機器人的發明者之一。2001年到2005年期間，他擔任南丹麥大學機器人學及用戶界面的研究員及副教授職務，并創立了工業機器人改造基金會。2005年，奧斯特加先生與另兩位研究伙伴一起共同創辦了優傲機器人公司。目前優傲機器人公司擁有近30項機器人專利技術。除擔任公司首席技術官職務之外，奧斯特加先生還參與了多個國家級科研項目，并擔任丹麥多所高校的校外考官。在奧斯特加先生的職業生涯早期，他曾擔任過美國南加州大學研究科學家以及日本東京國立產業技術綜合研究所客座研究員。奧斯特加先生在丹麥奧胡斯大學學習計算機科學、物理及多媒體專業，并由此開始專注于機器人研究。奧斯特加先生業余愛好機器人足球，并于1998年獲得機器人足球世界杯冠軍。
如欲下載高清圖片，請訪問https://www.dropbox.com/sh/ia5q6k3sr4q7pux/h_R2e4OhCJ
* 英文原文刊登于《InTech雜志》
相關新聞
編輯精選
