為工業(yè)5.0提供人機(jī)協(xié)作式制造解決方案

協(xié)作機(jī)器人（又稱“cobot”）正在讓工業(yè)5.0落地生根。這些交互式機(jī)械臂滿足了人們對(duì)制造技術(shù)不斷增長(zhǎng)的需求，不僅能優(yōu)化自動(dòng)化作業(yè)流程，還能增強(qiáng)人機(jī)關(guān)系。工業(yè)4.0主要依賴大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等復(fù)雜解決方案，而工業(yè)5.0則將復(fù)雜的技術(shù)直接交到操作員手中。

在這種趨勢(shì)下，協(xié)作機(jī)器人與人類并肩工作，而傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人則與同事隔離。協(xié)作機(jī)器人擅長(zhǎng)在共享空間內(nèi)工作，自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，如“取放”、打托盤、精細(xì)的裝配操作以及需要路徑規(guī)劃的操作。

在新冠疫情期間，制造商突然面臨熟練工人短缺的問(wèn)題，因此協(xié)作機(jī)器人的受歡迎程度激增。對(duì)自動(dòng)化充滿好奇但尚未實(shí)施具體解決方案的工廠選擇了易于編程且可快速部署的協(xié)作機(jī)器人作為自動(dòng)化應(yīng)急措施。

面對(duì)前所未有的情況，協(xié)作機(jī)器人為勞動(dòng)力短缺提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，在確保工人安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了快速產(chǎn)出和靈活的自動(dòng)化。由于協(xié)作機(jī)器人具有諸多優(yōu)勢(shì)，包括提升工人技能和生產(chǎn)效率、確保員工安全以及簡(jiǎn)化復(fù)雜的應(yīng)用和編程，因此獲得了進(jìn)入生產(chǎn)流程的機(jī)會(huì)。

提升工人技能和生產(chǎn)效率 

協(xié)作機(jī)器人體現(xiàn)了工業(yè)5.0中人機(jī)協(xié)作的理念，二者結(jié)合為制造商提供先進(jìn)的運(yùn)營(yíng)能力。工廠只需少量員工即可提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能，使管理人員能夠?qū)⒏嗟娜肆Y源用于更具戰(zhàn)略意義的工作。這對(duì)于工作變動(dòng)頻繁、吞吐量低的工廠尤為有利，因?yàn)閰f(xié)作機(jī)器人的靈活性和可操作性能夠顯著提高運(yùn)營(yíng)效率。

例如，一個(gè)組裝管道配件的工廠需要大量人力，在將每個(gè)管子連接到另一個(gè)組件之前，在管子的螺紋上涂上密封劑。這個(gè)基本工序用于確保各部件之間的水密連接。工廠需要處理數(shù)千個(gè)不同尺寸、厚度和組合的管道。

引入?yún)f(xié)作機(jī)器人來(lái)承擔(dān)這項(xiàng)任務(wù)的重要部分，工廠就可以重新安排工人崗位，提高整個(gè)流程的效率以及價(jià)值創(chuàng)造能力。雇主指派一些操作員監(jiān)督協(xié)作機(jī)器人，確保其在螺紋上精確涂覆適當(dāng)厚度的粘合劑。其他操作員則直接與協(xié)作機(jī)器人分工合作，手動(dòng)涂覆不適合用管道夾具固定的管道。管理人員還幫助另一部分工人提升技能，讓其承擔(dān)更具戰(zhàn)略意義的任務(wù)，例如為協(xié)作機(jī)器人編程以重新部署或加強(qiáng)質(zhì)量檢查。

整個(gè)過(guò)程的成功主要取決于對(duì)涂層工藝有深刻了解的專家級(jí)操作員，他們負(fù)責(zé)為協(xié)作機(jī)器人編程并監(jiān)督協(xié)作機(jī)器人的操作。以前由大量人工執(zhí)行的日常任務(wù)演變?yōu)橛缮贁?shù)操作員協(xié)助完成，從而提升了人力價(jià)值，并改善了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能。

確保員工安全

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人是另一種類型的同事，它們?cè)诹α亢蛷?qiáng)度方面都超過(guò)了普通工人。過(guò)去出于安全考慮，制造商將工業(yè)機(jī)器人與工人隔離開(kāi)來(lái)，從而消除了合作的可能性。如今，為了符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)作機(jī)器人配備了先進(jìn)技術(shù)，以確保在共享環(huán)境中與工人安全互動(dòng)。

例如，協(xié)作機(jī)器人的每個(gè)軸關(guān)節(jié)中戰(zhàn)略性地集成了關(guān)節(jié)扭矩傳感器，以便在人機(jī)交互中提供反饋信號(hào)。當(dāng)操作員與協(xié)作機(jī)器人一起工作，或者在協(xié)作機(jī)器人附近工作時(shí)，這些傳感器對(duì)于保障操作員的安全起著重要作用。比如，如果有人與協(xié)作機(jī)器人發(fā)生意外接觸，扭矩傳感器將檢測(cè)到這種接觸并立即降低協(xié)作機(jī)器人的力量和速度水平。協(xié)作機(jī)器人的位置和順從性控制使其能夠處理精密的組件，而不會(huì)發(fā)生擠壓和剪切危險(xiǎn)。

不過(guò)，未來(lái)技術(shù)的整合可能會(huì)在增強(qiáng)協(xié)作機(jī)器人交互性的同時(shí)引入新的安全問(wèn)題。人工智能的引入可以為操作員提供寶貴建議，但同時(shí)也為未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)個(gè)人或機(jī)密業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)威脅打開(kāi)了大門。

總之，雖然協(xié)作機(jī)器人在功能和效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但要想安全地融入人類工作環(huán)境，還需要不斷的技術(shù)進(jìn)步。

簡(jiǎn)化復(fù)雜的應(yīng)用和編程

與之前的工業(yè)機(jī)器人解決方案相比，協(xié)作機(jī)器人為制造商提供了更加方便使用且易于編程的自動(dòng)化解決方案。協(xié)作機(jī)器人的先進(jìn)硬件和軟件使從小型生產(chǎn)線到大型制造工廠的各種設(shè)施都能輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用和編程。

對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，從箱子里取出隨機(jī)位置的特定物品是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。雖然這對(duì)于人類來(lái)說(shuō)輕而易舉，但對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)卻是巨大的“智力”挑戰(zhàn)。工程師們?yōu)閰f(xié)作機(jī)器人配備了頂置攝像頭，用于捕捉箱子內(nèi)物品的圖像。攝像頭系統(tǒng)采用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和算法，識(shí)別箱子內(nèi)目標(biāo)零件的精確位置，并將位置數(shù)據(jù)傳送給協(xié)作機(jī)器人。然后協(xié)作機(jī)器人使用夾具或其他末端執(zhí)行器從箱子里取出零件，并將其轉(zhuǎn)移到下一個(gè)位置。

協(xié)作機(jī)器人的開(kāi)發(fā)目前也朝著簡(jiǎn)化復(fù)雜的編程邁進(jìn)了一步，使操作員更容易使用工業(yè)自動(dòng)化解決方案。傳統(tǒng)上，機(jī)器人及其應(yīng)用的復(fù)雜性需要由專家級(jí)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)編碼。相比之下，工程師設(shè)計(jì)的協(xié)作機(jī)器人可由任何操作員編程，從而實(shí)現(xiàn)快速部署。協(xié)作機(jī)器人使用基于樹(shù)結(jié)構(gòu)的編程語(yǔ)言，在直觀的用戶界面上使用拖放系統(tǒng)，從而支持輕松編程并縮短部署時(shí)間。操作員可以通過(guò)被稱為示教器（圖4）的人機(jī)界面對(duì)協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行編程和維修。

例如，操作員可以利用“Commander”示教器來(lái)創(chuàng)建程序。該示教器由KUKA公司開(kāi)發(fā)，是一個(gè)只有手掌大小的壓敏盒，安裝在協(xié)作機(jī)器人身上。操作員需要抓住“Commander”示教器，設(shè)定機(jī)械臂位置，并選擇多個(gè)點(diǎn)，為所需應(yīng)用規(guī)劃好路徑。當(dāng)機(jī)器人需要沿著路徑執(zhí)行焊接或涂膠操作時(shí)，就很方便。將來(lái)對(duì)協(xié)作機(jī)器人編程可能根本不需要寫代碼。操作員利用圖標(biāo)和模板系統(tǒng)就可以執(zhí)行預(yù)編程的功能，使部署過(guò)程更加高效、直觀。

結(jié)語(yǔ)

協(xié)作機(jī)器人是工業(yè)5.0的一種變革性技術(shù)，可用于提升員工技能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能、保障員工安全并簡(jiǎn)化硬件和軟件問(wèn)題。通過(guò)將協(xié)作機(jī)器人引入工廠環(huán)境，制造商可以將工人調(diào)整到更具戰(zhàn)略意義的崗位，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)。為確保合作安全，協(xié)作機(jī)器人配備了先進(jìn)的安全技術(shù)。

而且，通過(guò)利用新的硬件和軟件技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用挑戰(zhàn)，并使任何操作員都能進(jìn)行編程，協(xié)作機(jī)器人也表現(xiàn)出了出色的易用性。隨著工業(yè)5.0技術(shù)的發(fā)展，制造商正在尋求更智能的自動(dòng)化解決方案以增強(qiáng)人機(jī)關(guān)系，而協(xié)作機(jī)器人將繼續(xù)以安全性、適應(yīng)性和易用性吸引用戶。