協(xié)作機(jī)器人重量輕、高度靈活、移動(dòng)方便，且能夠重新編程以解決新的任務(wù)，可幫助企業(yè)調(diào)整實(shí)現(xiàn)更高級的小批量加工生產(chǎn)，從而應(yīng)對短期生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)RIA援引觀察員數(shù)據(jù)認(rèn)為在可能受益于機(jī)器人的企業(yè)中，迄今只有10%的企業(yè)已經(jīng)安裝了機(jī)器人。
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(chǔ)、物料搬運(yùn)和供應(yīng)鏈領(lǐng)域正掀起一場機(jī)器人革命。
—— 作者：艾斯本.奧斯特加， Universal Robots (優(yōu)傲機(jī)器人) 首席技術(shù)官
當(dāng)被問及如何設(shè)想機(jī)器人的模樣時(shí)，多數(shù)人都會(huì)想到在大型工廠圍欄區(qū)域工作的龐大、笨重的機(jī)器人抑或是會(huì)模仿人類行為的未來裝甲戰(zhàn)士。
然而介于這兩者之間其實(shí)還有一種新的現(xiàn)象正在悄然發(fā)生：那就是被稱為“協(xié)作機(jī)器人”的出現(xiàn)，這種新型機(jī)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(jìn)行隔離。這種類型的合作機(jī)器人可有望填補(bǔ)全手動(dòng)裝配生產(chǎn)線與全自動(dòng)生產(chǎn)線之間的差距。迄今為止，部分企業(yè)尤其是中小企業(yè)依然認(rèn)為機(jī)器人自動(dòng)化過于昂貴和復(fù)雜，因而從不去考慮應(yīng)用的可能性。
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人一般體型龐大，在玻璃防護(hù)罩后面工作，廣泛應(yīng)用于汽車業(yè)及其它大型裝配生產(chǎn)線。與之不同的是，協(xié)作機(jī)器人重量輕、高度靈活、移動(dòng)方便，且能夠重新編程以解決新的任務(wù)，可幫助企業(yè)調(diào)整實(shí)現(xiàn)更高級的小批量加工生產(chǎn)，從而應(yīng)對短期生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。在美國，汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)用機(jī)器人的數(shù)量依舊占據(jù)約65%的市場銷售總量。而美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)RIA援引觀察員數(shù)據(jù)認(rèn)為在可能受益于機(jī)器人的企業(yè)中，迄今只有10%的企業(yè)已經(jīng)安裝了機(jī)器人。
降低準(zhǔn)入門檻
這個(gè)數(shù)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(zhàn)，而這些問題現(xiàn)在都已被新型協(xié)作機(jī)器人成功解決。讓我們先來看看財(cái)務(wù)方面：
下一代復(fù)雜的產(chǎn)品需要裝配適應(yīng)性強(qiáng)、精確度和可靠性高，即使是在勞動(dòng)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(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法則，一個(gè)機(jī)器人所需的成本相當(dāng)于一個(gè)人類工人兩年的工資。但是協(xié)作機(jī)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(jī)器人可為工廠實(shí)現(xiàn)更快的周轉(zhuǎn)，以及機(jī)器人技術(shù)日新月異的發(fā)展，所有這些都表明生產(chǎn)外移已經(jīng)失去了合理的商業(yè)意義。
相反，新型機(jī)器人成了一種高科技貨幣，正將薪資大戰(zhàn)變成一場提高產(chǎn)品質(zhì)量和加快周轉(zhuǎn)時(shí)間的競爭。
即插即用型機(jī)器人
就傳統(tǒng)機(jī)器人而言，機(jī)器人自身的資本成本僅占系統(tǒng)總成本的25%到30%。而剩余成本則與機(jī)器人編程、安裝以及專用的屏蔽工作間相關(guān)。協(xié)作機(jī)器人的“開箱即用體驗(yàn)”通常為不到一小時(shí)。這其實(shí)也就是將機(jī)器人拆包、安裝，以及編寫第一個(gè)簡單的任務(wù)程序所需的時(shí)間。
為什么協(xié)作機(jī)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(jī)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(dòng)作來操控機(jī)械手臂?；蛘?，通過輕松把持機(jī)械手臂，向它展示所需的運(yùn)動(dòng)路徑。該界面符合多數(shù)工業(yè)傳感器和可編程邏輯控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)。編寫新的任務(wù)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(huì)。新型合作機(jī)器人具有用戶指導(dǎo)直觀，以及精確度高的特點(diǎn)，這給奧迪康留下了深刻的印象。奧迪康需要機(jī)動(dòng)性高的機(jī)器人來幫助其實(shí)現(xiàn)短期生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)收益。在醫(yī)學(xué)工程迅速發(fā)展的今天，生產(chǎn)工藝也隨之不斷改進(jìn)，而助聽器型號也更為廣泛，這使得企業(yè)需要應(yīng)用機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)規(guī)模更小的批量生產(chǎn)。
助聽器制造商奧迪康采用UR5機(jī)械手臂來完成鑄造車間各項(xiàng)不同的工作，而抽吸工具也被替換為可用于處理更為復(fù)雜的鑄件的氣動(dòng)夾具。該六軸機(jī)器人的工作周期為4至7秒，可完成奧迪康傳統(tǒng)兩軸和三軸機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)的翻倒和傾斜操作。
精確的操控性
奧迪康以往采用的傳統(tǒng)機(jī)器人無法解決適用性和便攜性等相關(guān)問題。而有了新型機(jī)器人，這一切都迎刃而解。現(xiàn)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(jìn)行橫向和縱向運(yùn)動(dòng)的“老式”兩軸或三軸機(jī)器人也無法實(shí)現(xiàn)。如果說，舉個(gè)例子，一個(gè)小零件卡在了模具中，機(jī)器人必須能夠?qū)⑦@個(gè)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(jī)器人以應(yīng)對新的任務(wù)。新型機(jī)器人可被牢固地安裝到注塑成型機(jī)的模具上方，通過特別設(shè)計(jì)的真空系統(tǒng)來吸取塑料元件，而更為復(fù)雜的模制部件則使用氣動(dòng)夾具來處理。由于采用了六軸設(shè)計(jì)，新型機(jī)器人機(jī)動(dòng)性很高，可以通過旋轉(zhuǎn)或傾斜的方式將零件從模具中迅速取出。新型機(jī)器人的工作周期為4至7秒，具體時(shí)間取決于生產(chǎn)運(yùn)行的規(guī)模和部件的尺寸。由于優(yōu)化了生產(chǎn)流程，其投資回收期僅為60天。
在奧迪康工廠，UR機(jī)器人被牢固的安裝在注塑成型機(jī)上，可以在模具上方移動(dòng)并揀取塑料元件。這一操作采用特別設(shè)計(jì)的真空系統(tǒng)來完成，可確保敏感部件不被損壞。
可在有限空間內(nèi)工作
在意大利的Cascina Italia工廠，一個(gè)在包裝流水線上工作的協(xié)作機(jī)器人每小時(shí)可以處理15,000個(gè)雞蛋。這種機(jī)器人配備了氣動(dòng)夾具，可以完成10枚裝蛋托的裝箱操作。由于每個(gè)蛋箱裝有9層10枚裝蛋托，因此這項(xiàng)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(jī)器人來完成這項(xiàng)工作，但是在自己的工廠親眼觀看了機(jī)器人的實(shí)地演示之后，這家雞蛋企業(yè)很快就意識(shí)到應(yīng)用機(jī)器人的好處。90天之后，新型機(jī)器人就正式在工廠的流水線上工作了。這位機(jī)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(dòng)，而這一點(diǎn)對Cascina而言至關(guān)重要，因?yàn)檫@家企業(yè)有四種不同大小的蛋產(chǎn)品，需要機(jī)器人能夠緊挨著人類員工在其身旁極其有限的空間內(nèi)工作。
Cascina Italia使用優(yōu)傲機(jī)器人公司的UR5機(jī)器人后，其自動(dòng)化包裝流水線每小時(shí)可處理15,000個(gè)雞蛋。公司員工可以快速的為機(jī)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(guī)劃之初并未預(yù)料到要容納單獨(dú)的機(jī)器人自動(dòng)化設(shè)備，因此一個(gè)可以在不同的工作任務(wù)之間快速移動(dòng)的便攜式機(jī)器人對這家意大利雞蛋經(jīng)銷企業(yè)來說就至關(guān)重要了。
安全第一
在很長一段時(shí)間內(nèi)，安全問題一直是機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室研發(fā)工作的熱點(diǎn)和主要推動(dòng)力?？紤]到與人類一起協(xié)作的安全性，新一代工業(yè)機(jī)器人由球形關(guān)節(jié)、反向驅(qū)動(dòng)電機(jī)、力傳感器和重量更輕的材料構(gòu)成。
Cascina工廠部署的機(jī)器人嚴(yán)格遵從現(xiàn)行有關(guān)力和力矩限制的安全要求，一旦與人類員工發(fā)生觸碰，機(jī)器人身上內(nèi)置的力控制裝置就會(huì)自行限制觸碰力度從而避免造成人身傷害。在多數(shù)應(yīng)用中，通過風(fēng)險(xiǎn)評估之后，這一安全功能使得機(jī)器人可以在無需安全防護(hù)的情況下開展工作。
避免繁重的勞動(dòng)
在斯堪的納維亞煙草公司(Scandinavian Tobacco Company)，協(xié)作機(jī)器人現(xiàn)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(xiàn)在由UR5機(jī)器人來完成煙草罐裝箱的操作流程，員工得以從重復(fù)的繁重勞動(dòng)中解放出來，他們被轉(zhuǎn)調(diào)至更為輕松的崗位上。優(yōu)傲機(jī)器人公司的新型機(jī)械手臂產(chǎn)品深受大家歡迎。
新型機(jī)器人可代替人類員工進(jìn)行繁重的重復(fù)勞動(dòng)，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(xiàn)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(jī)器人，因此部署協(xié)作機(jī)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(fā)了自己的夾具，并安排企業(yè)內(nèi)部技術(shù)人員完成了初始編程工作。這既保護(hù)了企業(yè)的專有技術(shù)，也確保了高生產(chǎn)率，同時(shí)還避免了生產(chǎn)停機(jī)情況的發(fā)生，而一旦自動(dòng)化解決方案出現(xiàn)故障也無需另行聘請收費(fèi)昂貴的外包顧問。優(yōu)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使得企業(yè)業(yè)主決定將生產(chǎn)基地繼續(xù)留在薪資水平高的斯堪的納維亞國家。該煙草公司新型機(jī)器人的投資回報(bào)周期為330天。
從每分鐘45瓶到每分鐘70瓶
大型制造企業(yè)同樣也能受益于新型機(jī)器人。在強(qiáng)生(Johnson & Johnson)公司設(shè)于希臘雅典的分廠，協(xié)作機(jī)器人顯著優(yōu)化了洗發(fā)和護(hù)膚產(chǎn)品的包裝流程。這個(gè)機(jī)械手臂日以繼夜的工作，每2.5秒鐘就能從生產(chǎn)線上同時(shí)拿起三瓶產(chǎn)品，對它們進(jìn)行定向處理并放置在包裝機(jī)內(nèi)。手工操作每分鐘能處理45瓶產(chǎn)品，而采用機(jī)器人輔助生產(chǎn)方式后每分鐘則可處理70件產(chǎn)品。
在強(qiáng)生公司，員工非常喜歡和他們的新型協(xié)作機(jī)器人同事一起工作，他們還給它取了個(gè)名字。UR5現(xiàn)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(zhuǎn)送，沒有任何刮傷或滑落的風(fēng)險(xiǎn)。而機(jī)器人的靈巧性在此起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)檫@些瓶子形狀各異、大小不同，且標(biāo)簽并不是打印在所有產(chǎn)品的同一側(cè)，這意味著該機(jī)器人必須既能從右側(cè)也能從左側(cè)抓握產(chǎn)品。
強(qiáng)生公司任一員工都可以為機(jī)器人重新編程以完成新的任務(wù)，這樣就為公司節(jié)省了聘請外包程序員的成本。
機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的新方向
以上是新一代機(jī)器人成功應(yīng)對傳統(tǒng)機(jī)器人以往未能解決的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)的部分應(yīng)用實(shí)例。一談到人類協(xié)作和生產(chǎn)的靈活性，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的功能必須在幾乎所有層面上都進(jìn)行升級：從固定安裝到可重新安置，從周期性重復(fù)的任務(wù)到頻繁變化的任務(wù)，從間歇連接到持續(xù)連接，從與人類沒有互動(dòng)到與工人頻繁協(xié)作，從空間隔離到空間共享，以及從數(shù)年實(shí)現(xiàn)盈利到接近即時(shí)的投資回報(bào)等等。在不久的將來，機(jī)器人技術(shù)這一新興領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)更多的新發(fā)展，這將不斷改變我們的工作方式及與技術(shù)互動(dòng)的方式。
關(guān)于作者
艾斯本 H.奧斯特加先生為優(yōu)傲機(jī)器人公司首席技術(shù)官，負(fù)責(zé)公司現(xiàn)有UR機(jī)器人產(chǎn)品的優(yōu)化及新產(chǎn)品的研發(fā)。奧斯特加先生擁有機(jī)器人學(xué)博士學(xué)位，是UR機(jī)器人的發(fā)明者之一。2001年到2005年期間，他擔(dān)任南丹麥大學(xué)機(jī)器人學(xué)及用戶界面的研究員及副教授職務(wù)，并創(chuàng)立了工業(yè)機(jī)器人改造基金會(huì)。2005年，奧斯特加先生與另兩位研究伙伴一起共同創(chuàng)辦了優(yōu)傲機(jī)器人公司。目前優(yōu)傲機(jī)器人公司擁有近30項(xiàng)機(jī)器人專利技術(shù)。除擔(dān)任公司首席技術(shù)官職務(wù)之外，奧斯特加先生還參與了多個(gè)國家級科研項(xiàng)目，并擔(dān)任丹麥多所高校的校外考官。在奧斯特加先生的職業(yè)生涯早期，他曾擔(dān)任過美國南加州大學(xué)研究科學(xué)家以及日本東京國立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所客座研究員。奧斯特加先生在丹麥奧胡斯大學(xué)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理及多媒體專業(yè)，并由此開始專注于機(jī)器人研究。奧斯特加先生業(yè)余愛好機(jī)器人足球，并于1998年獲得機(jī)器人足球世界杯冠軍。
（轉(zhuǎn)載）
