为革命性的机器人技术掌握静电:耐克支持的初创公司自动化了不可能的事情

用一个带电的气球来悬浮你的头发来演示静电是一个经典的科学实验。但是，想象一下，如果你能利用同样的静电来处理像鸡蛋一样脆弱的材料，像柔软的织物一样脆弱的材料，或者以人类工人20倍的速度组装耐克运动鞋的鞋面。在加州森尼维尔(Sunnyvale)的硅谷中心，机器人初创企业Grabit正在利用东芝机器(Toshiba machine)合作伙伴TM robotics提供的静电、机器学习和自动化技术来实现这一目标。

物料搬运是制造业中劳动最密集、成本最高的环节之一，当处理一系列不同的物料时，这个过程是不可能自动化的。组装一双耐克鞋需要多达40块材料堆叠和加热，才能制成鞋面——脚上的柔性部分。对于一个人类工人来说，整理这些材料需要20分钟。然而，Grabit的技术允许机器在短短50秒内完成这一任务。

尽管名字很吸引人，但Grabit的材料处理发明并没有模仿许多机器人中的人类抓取动作。相反，这个启动装置利用静电——被称为电粘附——以一种前所未有的方式处理材料。

电粘附的概念是由Grabit的联合创始人兼首席技术和产品官Harsha Prahlad博士在非营利组织SRI International发现的。这个过程使用一个平面电极垫在表面产生正电荷和负电荷。当充电正确时，电极会产生一个电场，几乎附着在任何表面上，让机器人抓手抓住被处理的部分。

Prahlad和公司现在举行36项与电粘附相关的独立专利，申请的专利总数，待定，授予和适用于75.但是，确定材料处理负责60％至80％的制造业，他决定了它应该是他应用该技术的第一个应用程序。在2013年抓住争夺后，Nike Inc.投资本公司，后来成为首批购买其材料处理机器人系统的客户之一。使用Stackit，耐克可以在八个八个小时的班次中制造600对鞋子。

新系统最终能够组装精确的层，例如在耐克鞋上部发现的那些，比人类快20倍。其投资期的回报将只是两年。

Stackit的创建开始于2015年夏天，但在生产过程开始之前，该公司需要决定合适的机器人来安装革命性的电胶钳。格拉比特看到一位客户(一家日本电路板制造商)使用东芝机器的机器人手臂安装其抓手，他很好奇如何将机器人制造商的机器用于Stackit的开发中。

Grabit的总裁兼首席执行官格雷格·米勒解释说:“选择错误的机器人可能会对整个系统的设计产生不利影响。”“我们团队的两名成员已经在机器人设计方面有丰富的经验，他们都参与了几个SCARA机器人的开发。这种事先对工业机器人的了解使我们能够在与任何制造商接洽之前调整我们的需求。”

在挑选了一些有潜力的机器人制造商之后，Grabit计划了一个广泛的测试和选择程序，以检验每一个制造商的潜力。普拉拉德解释说:“这个过程考虑了几个因素。“由于Stackit的广泛应用，我们需要一个具有大范围的机器人，它不会失去精确的材料处理应用所需的高水平的精度，如耐克鞋。此外，由于Grabit的电粘附抓手太大，机器人需要能够承受较大的惯性力矩，并提供精确旋转的能力。”

尽管一开始令人兴奋，但该公司试验的现成东芝机器(Toshiba Machine)机器人没有达到Grabit的要求。

“要达到斯塔基特‘快20倍’的生产率目标，很大程度上依赖于抓手的惯性，并确保机器人的固定时间保持准确。但机器人的移动速度也需要足够快，以满足客户的需求。”普拉拉德解释道。“很明显，没有一种标准机器人能满足我们的所有要求。”

在有竞争力的价格点寻找可定制的机器人证明了困难，但在鞋类和服装行业的制造业是由成本驱动的。结合许多制造国低劳动力利率的进一步财务压力，抓住需要一个具有成本效益的机器人。这是TM机器人，东芝机器的美国和欧洲经销商的时刻，真正证明了该项目的价值。

“作为一个初创公司，我们需要一个可以通过整个过程支持我们的机器人提供商，而不是简单地卖掉产品并离开，”米勒解释说。“尽管是东芝机器的官方合作伙伴，但TM机器人还可以提供谨慎和细心的销售，服务和支持。”

抓住的要求是不寻常的。与许多机器人应用不同，不需要大量的复杂运动，公司不需要标准，六轴机器人提供的运动范围。但是，由于抓住想要使用自己的控制系统来监视整机，因此他们需要深入访问低电平的内部控制代码，并且控制包需要足够小以适应设计中的紧凑空间。

在对现有的东芝机器机器人进行了一些调整之后，设备仍然不够稳定。由于夹持器的惯性，以及夹持器旋转和机器人稳定所需的时间，它无法达到公司设定的周期时间。事实上，为了达到格拉比特想要的周期，为这个系统建造了一个特殊的传输系统。

为了帮助实现这一目标，TM机器人公司将东芝机器公司的总工程师从其日本总部空运到Grabit在加州的基地。

“TM机器人的支持和定制过程并不局限于电话和电子邮件，”普拉拉德解释说。“在与Grabit知识渊博的机器人工程师合作的过程中，他们能够用我们技术团队理解的语言与我们交流，并让我们能够根据我们的确切要求对机器进行微调——没有多少机器人公司允许这种程度的个性化。”

“我们与TM Robotics团队一起工作，直到机器人可以投入生产。

Grabit在Stackit应用中使用了Toshiba Machine的THL1000 SCARA机器人，这是一种具有四个控制轴的水平多关节机器。THL1000具有1000mm的臂长，是THL机器人最大的射程。允许转动惯量仅为0.2kg/m²并且，由于使用绝对编码器，X-y中的机器人的重复性为0.01mm。

作为标准，机器人的最大有效载荷为10公斤，总质量为37公斤。当测试负载为2kg时，机器可以实现仅0.48秒的循环时间。然而，由于Stackit的特定负载要求，Grabit的定制版本是使用不同比例的齿轮创建的，从而提高了负载能力。这种改进，结合机器的重复性，确保它能够满足Grabit抓手的要求。

自动化行业展会和杂志上到处都是拥有类似手部抓手的类人机器人，这些机器人的设计目的是将人类已经做了多年的工作自动化。然而，直到引入了电粘附技术，制造商才能够将精细材料处理的任务自动化。Grabit的电胶夹钳将这一技术引入了行业，可以毫无阻碍地将皮革、网和复合纤维等材料堆叠起来。

“抓住的电粘面技术不仅令人印象深刻，而且创新，我们热衷于参与才能参与，”TM机器人首席执行官的奈杰尔史密斯解释说。“Grabit的专家确实了解他们所需要的，我们的密切合作导致了实验和微调我们现有东芝机器人的能力的富有熟练过程。”

到2019年，全球部署的工业机器人数量将增加到约260万台。这比2015年多了大约100万个机器人，2015年是机器人技术创纪录的一年。Grabit的电粘附技术增加了这些设备节省时间和资源的潜力，其前所未有的灵活性为自动化打开了一扇全新的可能性之门——令人印象深刻的东西，就像用气球掀起你的头发一样。