協(xié)作機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用

望君儒

摘要：在智能制造領(lǐng)域，繼工業(yè)機(jī)器人之后，協(xié)作機(jī)器人屬于全新的革命性變革，跳脫出過去工業(yè)機(jī)器人禁錮于圍欄之中的模式，真正參與到復(fù)雜的人機(jī)交互作業(yè)中，而人機(jī)協(xié)作也正是智能制造今后的發(fā)展趨勢。有了協(xié)作機(jī)器人的加入，過去一些復(fù)雜到只能通過人工完成的操作，如今可在人與機(jī)器的協(xié)作下完成，大幅降低了用人成本與勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著人機(jī)協(xié)作在制造業(yè)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，也代表著中國智能制造2025的關(guān)鍵標(biāo)志，本文將重點(diǎn)針對(duì)協(xié)作機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用展開深入分析。

關(guān)鍵詞：協(xié)助機(jī)器人;智能制造;應(yīng)用

協(xié)作機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，例如電子工業(yè)、醫(yī)療器械制造、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，下文主要針對(duì)協(xié)作機(jī)器人在電子工業(yè)與醫(yī)療器械制造中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析。

1協(xié)作機(jī)器人與電子工業(yè)中的智能制造

在過去的電子產(chǎn)品生產(chǎn)線布局過程中，一般會(huì)由技術(shù)操作員根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏，對(duì)單臺(tái)或多胎設(shè)備進(jìn)行操作。根據(jù)工藝之間的差異，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備多用在ICT測試、編程站位、分板站位、組裝站位、散熱膠涂覆、程序編寫站位、測試站位等多道工藝中，各個(gè)工藝根據(jù)先后順序組成傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品生產(chǎn)線。由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間主要以人工操作為主，所以設(shè)備的布局與操作平面的設(shè)計(jì)會(huì)完全依據(jù)人體工程學(xué)進(jìn)行逆時(shí)針擺放，操作平面也基本不會(huì)超過12m，便于人的雙手能夠觸及。而部分站位例如編程站位、測試站位等，如果單次工作周期時(shí)間較長，需要多站位多工裝同一時(shí)間操作，而在有限的高度內(nèi)便會(huì)拉長生產(chǎn)線，導(dǎo)致占地空間被擠壓，并且人員操作時(shí)的走動(dòng)距離正常，導(dǎo)致人力資源浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)效率。而在協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用之下，完全不用依據(jù)人體工程學(xué)去設(shè)計(jì)操作面，可充分發(fā)揮出協(xié)作機(jī)器人在高度方面的優(yōu)勢，生產(chǎn)設(shè)備的高度甚至可達(dá)到2.4m，大大拓寬了向上的操作空間，也就節(jié)省了生產(chǎn)區(qū)域的空間，使得生產(chǎn)區(qū)域顯得不那么擁擠。如圖1所示，電子產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用協(xié)作機(jī)器人之后優(yōu)化設(shè)計(jì)的智能生產(chǎn)線布局，主要采用了ABB與UR公司的協(xié)作機(jī)器人，只需要在復(fù)雜組裝站位配備一名生產(chǎn)操作員即可，其余操作均由協(xié)作機(jī)器人完成。

在智能制造生產(chǎn)線的布局前期，可用3D軟件對(duì)生產(chǎn)線與協(xié)作機(jī)器人的布局進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)備的設(shè)計(jì)需考慮協(xié)作機(jī)器人的操作范圍，保證機(jī)器人手臂的姿態(tài)能夠準(zhǔn)確地將工件放置在設(shè)備工裝內(nèi)，所以一般機(jī)械手的重復(fù)精度為0.2mm，工裝設(shè)計(jì)配備邊長為0.5mm的45?導(dǎo)角，如此設(shè)計(jì)可防止機(jī)械手在放置工件時(shí)出現(xiàn)硬接觸，否則容易導(dǎo)致機(jī)械手力矩控制出現(xiàn)誤觸發(fā)，進(jìn)而干擾機(jī)械手操作。在對(duì)生產(chǎn)線投放的機(jī)器人數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮投資回報(bào)率，關(guān)注協(xié)作機(jī)器人設(shè)備投資、產(chǎn)品使用壽命、生產(chǎn)周期、節(jié)省人工數(shù)量等因素。以某電子產(chǎn)品協(xié)作機(jī)器人的使用舉例：該產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍為25s，產(chǎn)品生命周期為5年，節(jié)省人員投入16人，投資回報(bào)率為1.5年。不難看出，協(xié)作機(jī)器人能夠顯著節(jié)省人力成本的投入，并且從長遠(yuǎn)來看能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。

一般協(xié)作機(jī)器人的夾爪會(huì)采取雙夾爪位設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)線運(yùn)行中，機(jī)械手能用于對(duì)工件的抓取工作，并且將抓取到的產(chǎn)品放置正確的工位，如此能節(jié)約工位等待時(shí)間，從而提高生產(chǎn)效率。機(jī)械手的夾爪可根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)其進(jìn)行定制，當(dāng)然通用型夾爪能重復(fù)使用，價(jià)格相對(duì)高;專用型夾爪則只能用于特定產(chǎn)品生產(chǎn)，價(jià)格相對(duì)低。

2協(xié)作機(jī)器人在醫(yī)療器械智能制造中的應(yīng)用

在醫(yī)療器械的智能制造領(lǐng)域，協(xié)作機(jī)器人同樣能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)制造流程的效果。之所以醫(yī)療器械生產(chǎn)中想要實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)自動(dòng)化程度，一方面是因?yàn)閷I(yè)操作員的用人成本高昂，另一方面則是為了降低人工操作帶來的質(zhì)量穩(wěn)定性問題，所以急需借助協(xié)作機(jī)器人的力量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造自動(dòng)化。在協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用下，原來每班需要配備三名操作員，現(xiàn)在只需一名，并且產(chǎn)能可提升三倍，產(chǎn)品廢棄率顯著下降，甚至接近于零。

應(yīng)用協(xié)作機(jī)器人能夠讓醫(yī)療器械的制造生產(chǎn)工作流程變得極為連貫。（1）協(xié)作機(jī)器人可應(yīng)用在生產(chǎn)難度偏高的醫(yī)用連接器方面。在這一制造流程中，要求生產(chǎn)中兩種顏色不一樣的組件，然后用第三個(gè)組件將兩者相互連接，其中的難點(diǎn)體現(xiàn)在所有采用的材料具有高熱敏性，如果采取人工作業(yè)方式，要控制達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)困難。所以，要想辦法盡量少用人工操作，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。而有了協(xié)作機(jī)器人的加持，主要用在抓取二次注塑成型的組件：機(jī)械手臂先轉(zhuǎn)至壓床背面進(jìn)行注塑，隨后轉(zhuǎn)到背面拿出注塑件，送至切割板，同時(shí)將原本其固定作用的支撐移開，機(jī)械手臂拿起部件放在操作人員面前，準(zhǔn)備重新添加物料開始下一輪生產(chǎn)。當(dāng)操作員裝料之后放在盤子上，機(jī)械手臂會(huì)自動(dòng)拿走，將其放入注塑模具。一輪輪反復(fù)，形成循環(huán)式工作流程。（2）在醫(yī)藥箱生產(chǎn)中，同樣可用到協(xié)作機(jī)器人，具體操作為：用機(jī)械手臂拿起塑膜底部，用真空泵吸起無菌濕巾，將其自動(dòng)放入塑膜中，同時(shí)將塑膜放置在傳送帶上，如此反復(fù)。過去傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中，這套工序需要用到6～7名員工，并且生產(chǎn)節(jié)奏快、產(chǎn)量需求大，很難保證人工生產(chǎn)的質(zhì)量。而有了協(xié)作機(jī)器人的加入，只需要投入2名員工便能高效、高質(zhì)量完成該項(xiàng)工作。（3）還可用協(xié)作機(jī)器人取代傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)機(jī)器人。在過去的工作流程中，操作人員要與直角坐標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行默契配合，不僅要在操作中確保料件不會(huì)掉落，而且要同一時(shí)間進(jìn)行切割，可見難度非常高，極易跟丟生產(chǎn)節(jié)拍。而通過加入?yún)f(xié)作機(jī)器人，只需配備1名操作員，同時(shí)能節(jié)省3/4的時(shí)間，并且能高效完成抓取部件、切割出口、整齊堆盤等操作。

3結(jié)語

我國智能制造行業(yè)正處在快速發(fā)展階段，國家也提出了“中國制造2025”的目標(biāo)，這將是中國工業(yè)未來10年的發(fā)展綱領(lǐng)、頂層設(shè)計(jì)，可見國家對(duì)智能制造的重視度。因此，身處制造行業(yè)的企業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備與技術(shù)的更新?lián)Q代，協(xié)作機(jī)器人作為繼工業(yè)機(jī)器人之后的又一科技創(chuàng)新，能完成原本只能通過人工完成的復(fù)雜工序，以人工與機(jī)器的協(xié)作提高生產(chǎn)實(shí)效、降低生產(chǎn)成本。所以，需要重點(diǎn)關(guān)注協(xié)作機(jī)器人在智能制造中的應(yīng)用，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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