e-works数字化企业网  »  文章频道  »  先进制造技术  »  机器人

协作机器人在智能制造中的应用

2022/5/20    来源:集成电路应用    作者:史玉红  蔡丽娟  蔡佳丽  罗富娟      
关键字:协作机器人  智能制造  
协作机器人作为人与机器人在同时间、同空间作业的方案,在智能制造中有着广泛的应用前景。本文重点针对协作机器人在智能制造中的应用展开了深入分析。
0 引言

       在智能制造领域,继工业机器人之后,协作机器人属于全新的革命性变革,跳脱出过去工业机器人禁锢于围栏之中的模式,真正参与到复杂的人机交互作业中,而人机协作也正是智能制造今后的发展趋势。有了协作机器人的加入,过去一些复杂到只能通过人工完成的操作,如今可在人与机器的协作下完成,大幅降低了用人成本与劳动强度。随着人机协作在制造业的应用愈发广泛,也代表着中国智能制造2025的关键标志,本文将重点针对协作机器人在智能制造中的应用展开深入分析。

       协作机器人在智能制造领域的应用十分广泛,例如电子工业、医疗器械制造、汽车工业等领域,下文主要针对协作机器人在电子工业与医疗器械制造中的应用进行详细分析。

    1 协作机器人与电子工业中的智能制造

       在过去的电子产品生产线布局过程中,一般会由技术操作员根据生产节奏,对单台或多胎设备进行操作。根据工艺之间的差异,电子产品的生产设备多用在ICT测试、编程站位、分板站位、组装站位、散热胶涂覆、程序编写站位、测试站位等多道工艺中,各个工艺根据先后顺序组成传统的电子产品生产线[1]。由于传统的生产车间主要以人工操作为主,所以设备的布局与操作平面的设计会完全依据人体工程学进行逆时针摆放,操作平面也基本不会超过12m,便于人的双手能够触及。而部分站位例如编程站位、测试站位等,如果单次工作周期时间较长,需要多站位多工装同一时间操作,而在有限的高度内便会拉长生产线,导致占地空间被挤压,并且人员操作时的走动距离正常,导致人力资源浪费,降低了生产效率。而在协作机器人的应用之下,完全不用依据人体工程学去设计操作面,可充分发挥出协作机器人在高度方面的优势,生产设备的高度甚至可达到2.4m,大大拓宽了向上的操作空间,也就节省了生产区域的空间,使得生产区域显得不那么拥挤[2,3]。

       如图1所示,电子产品生产中应用协作机器人之后优化设计的智能生产线布局,主要采用ABB与UR公司的协作机器人,只需要在复杂组装站位配备一名生产操作员即可,其余操作均由协作机器人完成。

智能制造生产线布局
图1 智能制造生产线布局

       在智能制造生产线的布局前期,可用3D软件对生产线与协作机器人的布局进行规划,设备的设计需考虑协作机器人的操作范围,保证机器人手臂的姿态能够准确地将工件放置在设备工装内,所以一般机械手的重复精度为0.2mm,工装设计配备边长为0.5mm的45º导角,如此设计可防止机械手在放置工件时出现硬接触,否则容易导致机械手力矩控制出现误触发,进而干扰机械手操作。在对生产线投放的机器人数量进行设计时,要综合考虑投资回报率,关注协作机器人设备投资、产品使用寿命、生产周期、节省人工数量等因素。以某电子产品协作机器人的使用举例:该产品生产节拍为25s,产品生命周期为5年,节省人员投入16人,投资回报率为1.5年。不难看出,协作机器人能够显著节省人力成本的投入,并且从长远来看能够实现生产成本的降低。

       一般协作机器人的夹爪会采取双夹爪位设计,在生产线运行中,机械手能用于对工件的抓取工作,并且将抓取到的产品放置正确的工位,如此能节约工位等待时间,从而提高生产效率。机械手的夹爪可根据生产需要对其进行定制,当然通用型夹爪能重复使用,价格相对高;专用型夹爪则只能用于特定产品生产,价格相对低。如图2所示。

两种类型的机械手臂
图2 两种类型的机械手臂

      图2(a)为通用型夹爪,驱动装置为电机,具备力矩控制等功能;而图2(b)则是专用型夹爪,所示类型驱动装置为气缸,抓取力度则由气缸和限
位块控制。

    2 协作机器人在医疗器械智能制造中的应用

       在医疗器械的智能制造领域,协作机器人同样能实现优化生产制造流程的效果。之所以医疗器械生产中想要实现更高的生产自动化程度,一方面是因为专业操作员的用人成本高昂,另一方面则是为了降低人工操作带来的质量稳定性问题,所以急需借助协作机器人的力量,实现生产制造自动化。在协作机器人的应用下,原来每班需要配备三名操作员,现在只需一名,并且产能可提升三倍,产品废弃率显著下降,甚至接近于零。

       应用协作机器人能够让医疗器械的制造生产工作流程变得极为连贯。

       (1)协作机器人可应用在生产难度偏高的医用连接器方面。在这一制造流程中,要求生产中两种颜色不一样的组件,然后用第三个组件将两者相互连接,其中的难点体现在所有采用的材料具有高热敏性,如果采取人工作业方式,要控制达到正常运行时间相当困难。所以,要想办法尽量少用人工操作,在提高生产效率的同时,保证产品质量的一致性。而有了协作机器人的加持,主要用在抓取二次注塑成型的组件:机械手臂先转至压床背面进行注塑,随后转到背面拿出注塑件,送至切割板,同时将原本其固定作用的支撑移开,机械手臂拿起部件放在操作人员面前,准备重新添加物料开始下一轮生产。当操作员装料之后放在盘子上,机械手臂会自动拿走,将其放入注塑模具。一轮轮反复,形成循环式工作流程。

       (2)在医药箱生产中,同样可用到协作机器人,具体操作为:用机械手臂拿起塑膜底部,用真空泵吸起无菌湿巾,将其自动放入塑膜中,同时将塑膜放置在传送带上,如此反复。过去传统生产流程中,这套工序需要用到6~7名员工,并且生产节奏快、产量需求大,很难保证人工生产的质量。而有了协作机器人的加入,只需要投入2名员工便能高效、高质量完成该项工作。

       (3)还可用协作机器人取代传统的直角坐标机器人。在过去的工作流程中,操作人员要与直角坐标机器人进行默契配合,不仅要在操作中确保料件不会掉落,而且要同一时间进行切割,可见难度非常高,极易跟丢生产节拍。而通过加入协作机器人,只需配备1名操作员,同时能节省3/4的时间,并且能高效完成抓取部件、切割出口、整齐堆盘等操作[4]。

    3 结语

       我国智能制造行业正处在快速发展阶段,国家也提出了“中国制造2025”的目标,这将是中国工业未来10年的发展纲领、顶层设计,可见国家对智能制造的重视度。因此,身处制造行业的企业需要重点关注设备与技术的更新换代,协作机器人作为继工业机器人之后的又一科技创新,能完成原本只能通过人工完成的复杂工序,以人工与机器的协作提高生产实效、降低生产成本。所以,需要重点关注协作机器人在智能制造中的应用,发挥其应有的作用。

       参考文献
       [1] 任怡.人机协作 共创智能制造新格局[J].上海信息化,2018(03):46-49.
       [2] 霍淑珍,何志超.协作机器人在智能制造中的应用[J].机床与液压,2021,49(09):62-66.
       [3] 李枭.基于七轴机器人iiwa的人机协作技术研究[J].电子技术,2021,50(03):32-33.
       [4] 董言敏.工业机器人在智能制造中的应用分析[J].时代汽车,2021(15):14-15.

       作者简介:史玉红,重庆电讯职业学院,讲师;研究方向:智能制造。

       来源:《集成电路应用》第39卷第2期(总第341期)
责任编辑:杨培
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐