協作機器人在智能制造中的應用

望君儒

摘要：在智能制造領域，繼工業機器人之后，協作機器人屬于全新的革命性變革，跳脫出過去工業機器人禁錮于圍欄之中的模式，真正參與到復雜的人機交互作業中，而人機協作也正是智能制造今后的發展趨勢。有了協作機器人的加入，過去一些復雜到只能通過人工完成的操作，如今可在人與機器的協作下完成，大幅降低了用人成本與勞動強度。隨著人機協作在制造業的應用愈發廣泛，也代表著中國智能制造2025的關鍵標志，本文將重點針對協作機器人在智能制造中的應用展開深入分析。

關鍵詞：協助機器人;智能制造;應用

協作機器人在智能制造領域的應用十分廣泛，例如電子工業、醫療器械制造、汽車工業等領域，下文主要針對協作機器人在電子工業與醫療器械制造中的應用進行詳細分析。

1協作機器人與電子工業中的智能制造

在過去的電子產品生產線布局過程中，一般會由技術操作員根據生產節奏，對單臺或多胎設備進行操作。根據工藝之間的差異，電子產品的生產設備多用在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，各個工藝根據先后順序組成傳統的電子產品生產線。由于傳統的生產車間主要以人工操作為主，所以設備的布局與操作平面的設計會完全依據人體工程學進行逆時針擺放，操作平面也基本不會超過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間較長，需要多站位多工裝同一時間操作，而在有限的高度內便會拉長生產線，導致占地空間被擠壓，并且人員操作時的走動距離正常，導致人力資源浪費，降低了生產效率。而在協作機器人的應用之下，完全不用依據人體工程學去設計操作面，可充分發揮出協作機器人在高度方面的優勢，生產設備的高度甚至可達到2.4m，大大拓寬了向上的操作空間，也就節省了生產區域的空間，使得生產區域顯得不那么擁擠。如圖1所示，電子產品生產中應用協作機器人之后優化設計的智能生產線布局，主要采用了ABB與UR公司的協作機器人，只需要在復雜組裝站位配備一名生產操作員即可，其余操作均由協作機器人完成。

在智能制造生產線的布局前期，可用3D軟件對生產線與協作機器人的布局進行規劃，設備的設計需考慮協作機器人的操作范圍，保證機器人手臂的姿態能夠準確地將工件放置在設備工裝內，所以一般機械手的重復精度為0.2mm，工裝設計配備邊長為0.5mm的45?導角，如此設計可防止機械手在放置工件時出現硬接觸，否則容易導致機械手力矩控制出現誤觸發，進而干擾機械手操作。在對生產線投放的機器人數量進行設計時，要綜合考慮投資回報率，關注協作機器人設備投資、產品使用壽命、生產周期、節省人工數量等因素。以某電子產品協作機器人的使用舉例：該產品生產節拍為25s，產品生命周期為5年，節省人員投入16人，投資回報率為1.5年。不難看出，協作機器人能夠顯著節省人力成本的投入，并且從長遠來看能夠實現生產成本的降低。

一般協作機器人的夾爪會采取雙夾爪位設計，在生產線運行中，機械手能用于對工件的抓取工作，并且將抓取到的產品放置正確的工位，如此能節約工位等待時間，從而提高生產效率。機械手的夾爪可根據生產需要對其進行定制，當然通用型夾爪能重復使用，價格相對高;專用型夾爪則只能用于特定產品生產，價格相對低。

2協作機器人在醫療器械智能制造中的應用

在醫療器械的智能制造領域，協作機器人同樣能實現優化生產制造流程的效果。之所以醫療器械生產中想要實現更高的生產自動化程度，一方面是因為專業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量穩定性問題，所以急需借助協作機器人的力量，實現生產制造自動化。在協作機器人的應用下，原來每班需要配備三名操作員，現在只需一名，并且產能可提升三倍，產品廢棄率顯著下降，甚至接近于零。

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

3結語

我國智能制造行業正處在快速發展階段，國家也提出了“中國制造2025”的目標，這將是中國工業未來10年的發展綱領、頂層設計，可見國家對智能制造的重視度。因此，身處制造行業的企業需要重點關注設備與技術的更新換代，協作機器人作為繼工業機器人之后的又一科技創新，能完成原本只能通過人工完成的復雜工序，以人工與機器的協作提高生產實效、降低生產成本。所以，需要重點關注協作機器人在智能制造中的應用，發揮其應有的作用。

參考文獻

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