离机器人“攻陷”汽车制造业还有多远？

 【编者按】机器人的“魔爪”已经伸向了汽车制造业，汽车制造业，危险了！那么离机器人“攻陷”汽车制造业还有多远？

这是生产车间中常见的情景，有时会让人联想到马戏团中驯养猛兽的场景：关在铁笼子里的焊接机器人。实际上机器人在保护区外也能承担更多的任务。比如托举运物穿越车间，然后准确放在目标位置上;或是协助生产员工置入薄膜和橡胶密封件，拼装组件，将轮轴准确固定在底盘上。

为了让人与机器互相接近而不会产生危险，还需解决机器人在移动及安全性能方面的一些难题。“对于机器人来说，要求它们必须能够很好地理解人类的行为。”位于奥地利斯太尔的生产应用研究企业Profactor公司技术总经理AndreasPichler强调。

那么怎样才能让这些“铁皮同事”变得更加聪明呢?在Pichler看来，首先要能够迅速感知周边的工作环境：“我们设计了一套计算程序，采用一台摄像机作为扫描设备。”Pichler说。但这台设备并不是进行拍照，而是实时对识别出来的物体进行建模。要想实现这一点，就必须将拍摄的图像和摄像机的移动路径组合起来。

Profactor的研发工程师与宝马斯太尔工厂正在合作开展一个项目，在发动机装配工序中运用移动图形处理技术，一台辅助机器人协助装配线上的工人，将轴瓦安装在连杆大端轴承上。

目前，宝马斯太尔工厂正在全力开发符合工效学的视觉化技术。只要工人伸手到滑槽里去拿轴瓦，系统就会识别出这个轴瓦可以放在哪种连杆大端轴承上。摄像机会实时发现工人伸手拿取的动作，同时彩色光束投影仪会在瞬间迅速显示轴瓦可以放在哪些连杆上。目前，这种视觉辅助装配技术已经完成了初步测试，结果令人鼓舞，不过“这个项目还不够成熟。”Pichler说道。

首要任务是安全

对于协助工人工作的辅助机器人而言，安全与否十分重要。丹麦工业机器人制造商UniversalRobots(优傲机器人)公司设计了两根机器人轻量化机械臂，它们可以在合作模式下始终以一定的力度进行操作。如果机械臂遇到阻力，控制系统会立刻停止移动。

据厂家自己介绍，在其全球售出的2000台Universal机器人中，大约80%可以在没有防护围栏的情况下设置在操作人员身边进行工作。“我们从未遇到因为我们的机器人而发生事故或其他安全故障的情况。”Universal Robots公司CEO EnricoKrogIversen信心满满地说道。根据厂家的数据，机器人的两根机械臂都能满足欧洲EN ISO10218-1：2011标准的安全要求。

对Iversen来说，由于产品日益个人化，再加上人口结构的变化以及由此带来的专业人员匮乏的问题，要求不断研发生产辅助用的轻量化机器人。不过，自动化程度的提高又会导致工艺流程更加复杂。要想让生产员工适应制造工艺的这种变化，就必须将他们从单一的标准任务和体力劳动中解放出来。“轻量化机器人操作起来安全、灵活、简便，而且成本较低，大多数生产型企业都可以对自己的生产线进行升级改造，使其适应未来发展的需要。”Universal Robots公司CEO Iversen介绍说。

至于如何在批量生产中实现人机合作，可以在大众公司的萨尔茨吉特(Salzgitter)工厂中窥见一斑。在汽缸盖的装配环节，UR机器人可以无需防护罩，在协作运行模式下将电热塞放入难以达到的汽缸盖中。

项目负责人介绍，该项目的首要目的是帮助员工摆脱不符合工效学的工作流程。此外，宝马公司的美国Spartanburg工厂也在2013年底安装了四台UR机器人，直接和生产员工协同工作。员工们不再需要用手压辊将隔音防潮薄膜固定在车门内侧，这份费力的工作现在完全由机器人接管过来。

新技术的到来

车辆后轴驱动系统的装配特点是对精准度、敏锐的鉴别力和力度的要求极高。在这种要求极高的环境下，机器人能否可靠地协同工作，专家们对此意见不一。梅赛德斯希望详细地了解这方面的情况，因此五年前在埃斯林根(Esslingen)附近的麦廷根(Mettingen)装配工厂中安装了一台轻量化机器人，其机械臂是由德国航空航天中心(DLR)专为太空用途而研发的。

梅赛德斯的装配专家与来自奥格斯堡的机器人与自动化专业企业库卡公司(Kuka)合作，将这位铁皮同事集成设置在麦廷根工厂生产车间内五条车轴装配线中的一条上。在设计机械及驱动技术装置时，他们考虑到要确保机器人能够灵活、敏锐地对装配任务做出反应，并相应调整自己的动作。

对库卡公司而言，工业用工作辅助系统是他们在进一步实现装配线自动化道路上迈出的重要一步。“灵敏的轻量化机器人肯定是在通向工业4.0道路上的一块巨大而重要的基石。”库卡系统有限责任公司管理委员会主席Frank Klingemann强调。

他们自主研发的轻量化机器人“LBRiiwa”拥有七根轴，活动起来异常灵活，并配备了位置和柔韧性控制系统，它与人的胳膊十分相似。其工作辅助系统由软件控制，对于非常敏感的拼接过程，多个传感器，其中包括集成在七根轴中的关节力矩传感器，可以通过编程来调节敏感度。即使在狭窄的装配场合里，由于这台机器人具有碰撞识别功能，因此可以确保移动到目标位置。

灵活敏感的机器人用途多种多样。无论是冲压车间、白车身车间、喷漆车间或是最终装配车间，都可以使人和机器人的优势结合在一起，并互相弥补对方的弱点。

从库卡公司的角度来看，由于轻量化机器人的灵敏度和敏感性非常高，因此是生产员工的完美好帮手。原先那些难以自动化的、不符合工效学要求的手工作业环节，如今只需较低成本便可实现自动化。这样不仅可以降低投资风险，而且还能降低宏观经济成本核算的难度。“主要优点是，装配系统和设备不仅能够升级、扩展和转换，而且可以针对工作地点的产量波动做出反应。”Klingemann总结道。

在车身制造领域，重物传送已经被整合到高速装配线的材料流当中。目前得到广为应用的是悬挂在传统钢制吊轨中的重载行车系统。

机器人取代吊挂运输机

而如今出现了其他方案。比如说铝合金模块结构的升降操纵器，可以手动运送最高1吨重的物体。来自Wiehl的行车专业公司Eepos与弗劳恩霍夫协会的研究人员合作，研制出一套带电动平衡控制装置的操作系统。他们设置了一台示范设备，可以通过类似操纵杆的装置，以柔和的压力来回移动一辆被吊起来的小型汽车。人施加在悬吊重物上的移动命令和力度被力矩传感器记录下来，并由控制系统转化为相应的动作。

设备所采用的提升臂来自慕尼黑工大的一个研究项目。该项目的目的是利用协作辅助机器人，实现符合工效学的、灵活的材料输送，项目合作伙伴包括大众公司及其他多家专业公司。

利用新型的升降操纵器，在整个移动的过程中，操作人员只会感受到系统的柔和反应，并且没有发动机的顿挫感。“这在工效学方面是前所未有的。”汽车零部件供应商Eepos公司总经理之一的Friedhelm Mücher证实。

新技术的优势十分明显：工件悬吊在可编程控制的轨道上匀速前进，由操作人员直观地引导到目的地，不会严重偏离预定轨迹。在关键位置，控制程序会产生所谓的虚拟墙和移动障碍，确保材料能够准确地送达目的地。轻松地移动重物，不仅能够提高材料流的速度，而且可以让年长的员工轻而易举地操作沉重的部件。“人机合作方案的发展势头会越来越强。”Mücher充满信心地说。

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