行业见解
协作机器人:提高人类生存条件
发布12/16/2019
| By: Tanya M. Anandan, Contributing Editor
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| 一个集成了摄像头的协作机器人在与操作员协同工作时检查汽车部件。(FANUC美国公司提供) |
协同机器人不仅仅是一种机器人。它通常需要一个人与机器人一起工作，协作机器人通常是没有围栏的，但也并非总是如此。他们可以有一只胳膊，两只胳膊，或者根本没有。它们可以是移动的或便携式的，小的或大的。他们可以单独行动，也可以组成舰队。即使是标准的工业机器人也能成为竞争对手，这要归功于像一家套房™。
上个月我们出发去拓宽你对人机互动的看法和协作。我们回来再做一次。我们将展示机器人如何解决劳动力短缺、降低成本和优化空间。他们如何提升人类的工作，同时提高流程效率。
从制作花束来检查保险杠，并加上本赛季最热门的技术玩具，Cobots正在改变人体机器人范式并在整个行业之间击倒商店地板上的障碍，并在全球范围内。
交通堵塞Cobots
一级汽车供应商Flex-N-Gate公司将协作机器人放在装配线上工作，检查保险杠和其他筋膜组件。这些手持摄像机的合作机器人使用机器视觉来检查组装组件的正确方向和安装。这些机器人与人类同事一起工作，没有安全的笼子，也没有其他难以将人与机器分开的屏障。
基于Urbana，基于伊利诺伊州的公司用品保险杠，外部装饰，照明，底盘组装和其他汽车产品。在供应商的Ionia，密歇根州设施，他们在其他车辆平台上为福特Ranger拾取卡车装配和装配钢压架。在这里，Cobots检查两个不同的装配区域中的部分。
“我们提供直接送到装配工厂的完整保险杠装配模块，”斯波特-N门的全球金属和装配集团主任Nick Wiegand解释。“我们通过逐步冲压过程制造钢壳。然后将钢壳涂漆，或镀铬，或在一些情况下涂覆粉末。然后我们有其他组件必须贴在保险杠上，包括内部结构部件，紧固件，空气坝，雾灯，挡板，前台停车辅助（FPA）传感器，后泊车辅助（RPA）传感器，盲点警告（BSW）传感器，综合线束，活性风坝/格栅百叶窗，以及无数的其他塑料和复合材料整理配件。
“这几天进入保险杠装配的电子产品的数量是令人难以置信的，”Wiegand说。“我们在装配过程中使用携带相机的Cobots，以确保我们具有正确的颜色/样式组合，并且所有基于零件配方的所需分量都存在并正确安装。”
在车间的一个区域，工人们将一个钢保险杠装到一个绿色的合作机器人手臂前的固定装置上。FANUC CR-7协作机器人配备了一个康耐克斯摄像头和集成照明系统，可以检查和防错组装组件。当机器人完成它的工作时，操作员可以照管组装模块的其他区域。
在移动的装配线上，倒置的Fanuc Cobots安装在线工作人员的头部机动，在不同的角度上，检查零件在进行线路上。看看Flex-N-Gate的摄像机器人在工作．
Wiegand说:“我们最大的挑战是为合作机器人编程进行线路跟踪。”Flex-N-Gate是业内第一个尝试这一壮举的公司。我们与机器人供应商和系统集成商合作解决出现的问题。”
节约成本
自动化检查在Flex-N门上发挥出来。传统上，错误打样是用一块开销相机完成的，但这种方法有其局限性。固定摄像机使得难以在最佳角度看到视觉系统的最佳角度，以准确且反复阅读。公司工程师有更好的主意。
“为什么我们不在机器人手臂的末端安装一个摄像头，然后把摄像头带去检查呢?””Wiegand说。“那是我们进化的第一阶段。”
他们在传统的机器人手臂上安装了相机。现在，他们能够将相机定位在理想的位置，以进行检查，并查看以前无法看到的部件的方面。现在，他们只有一台相机维护，而不是十几个固定的相机。
Wiegand说，其中一些摄像头每台的价格在1万美元到1.5万美元之间，所以节省了很多钱。它们进化的下一个阶段——部署合作机器人——将进一步降低成本。
节省空间
Flex-N门正在通过传统的高速，低有效载荷机器人进行视觉检查约一年。与此同时，随着应用程序的增长，协作动力和力量限制机器人正在追求更多的关注，为供应商过渡到合作机器人的阶段。
Wiegand说:“我们用的是传统的机器人，按照RIA安全标准，它们需要被关在笼子里并受到保护，就像其他工业机器人一样。”“我们现在能够用协作机器人做同样的事情，消除了所有的守卫和大部分与安全相关的硬件成本。现在，操作员实际上可以在同一个工位上与机器人一起工作，使人类工作和机器人视觉检测同时进行。”
这种协作式机器人单元不仅节省了与保护相关的成本、所需的安全装置和联锁，而且还节省了围栏机器人单元通常需要的地板空间。
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倒置的协作机器人与装配线工人一起检查汽车组件，而无需硬安全围栏。(FANUC美国公司提供) |
安全第一
有不同的方法来实现一个协作机器人应用程序，如协同机器人安全阈值测试保险杠装配线上也有证据。除了动力和力限制机器人的固有协作性质，Flex-N-Gate使用区域激光扫描仪与他们的合作机器人进一步支持安全，同时优化生产效率。
Wiegand说:“为了让它成为一个协作应用，出于安全考虑，我们限制了最大的协作速度。”“在某些情况下，这可能会有问题，因为我们无法在机器人移动速度较慢的情况下及时完成所有工作。在某些情况下，我们使用了安全扫描仪，这样当操作员不在该区域时，机器人可以全速运行。当人类靠近机器人时，它会减速到安全的合作速度。操作员只需触摸机器人，它就会停止。
“你也可以用身体把它们推开。当你重启机器人时，它们就会回到原来的位置，继续工作，”他补充道。
维甘说，在Flex-N-Gate，安全是第一位的。
“我们向我们发送了我们的T，并越过我们的t，以确保我们实际上是根据RIA标准整合这些单位，并且我们的安全是100％的安全性，”他说。“我们还进一步走一步并要求第三方安全认证。”
对与新型协作机器人一起工作的人员进行适当的培训也是一个优先事项。
“传统的机器人安全和避免人机交互在我们的劳动力中根深蒂固，”韦根说。“我们的技术人员被派去接受合作机器人专门培训(由机器人供应商提供)，我们与工厂人员和操作人员进行了安全演示。这是一种范式转变，但团队成员很快就适应了在协作机器人周围工作。
“我的整个职业生涯都在研究自动化和机器人技术，”他说。“机器人和人占据同一空间一直是一个巨大的禁忌。很酷的是，越过那个驼峰竟然如此容易。很多都可以归结为物理上的证明，它实际上是安全的。向人们展示一些东西，与告诉他们有不同的影响。”
Flex-N-Gate在美国和墨西哥的不同设施下部署了33个协作机器人。全球范围内有大约2,000个传统机器人，横跨62个设施。
“在去年，我们在协作空间中真的很努力，”Wiegand说，现在，他们主要使用Cobots进行视野检查。“随着更多机遇本身，我们将继续将协作机器人视为潜在的解决方案。”
在西海岸，另一家制造商正在寻求合作机器人作为解决劳动力短缺的潜在方案。一个机器人集成商带着两套协作手臂前来救援。
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| 两款双臂协作机器人不知疲倦地一起塑造和装袋数百个小促销品。（礼貌的设计） |
Cobot双胞胎遏制了劳工困境
促销产品供应商iClick遇到了问题。他们广受欢迎的PopSockets手机把手很快就卖光了，但这家总部位于西雅图的公司雇不到足够的员工来满足需求。打包产品是一项乏味的工作。
工人手动将握把贴在促销卡上，然后一次将它们送到自动装袋机，劳动密集型过程。即使有四个船员，工人也不能跟上装袋机以最大化容量。劳工继续难以找到和留住。
为了让工人从事更高价值的工作，iClick找到了机器人集成商House of Design，提供一种协作机器人解决方案。FlexBagger系统诞生了。
机器人装配和装袋系统由两个ABB YuMi®双臂协作机器人组成。在精心编排的七轴手臂舞蹈中，每个机器人将PopSockets连接到促销卡片上，然后将它们放入自动装袋机。
由于每个机器人在装袋区存放组装好的物品时，必须占用相同的空间，所以手臂的时间需要协调，以避免碰撞。House of Design使用ABB RobotStudio对机器人工作站进行编程，确保其冗余臂运动平稳。
灵活的装备和套袋
爱达荷州南帕的House of Design项目经理查德·斯韦丁(Chad Svedin)表示，手工装袋的过程非常辛苦。人类工人无法足够快地把产品装进袋子里。两个双臂机器人协同工作，他们可以完成四个人的工作，并保持自动装袋机的充足库存。
2018年2月推出，这是Iclick第一次进入机器人学。这是如此成功，不到一年后，他们订购了另一个Flexbagger系统。
设计套房市场为其他套件和装袋应用程序的柔性表格。Yumi Cobot配备抓住各种小型物品，如螺钉，螺母或垫圈，并在袋子中组装它们。看看这个演示用不同大小和颜色的联锁玩具砖。
与其他限制力量的合作机器人一样，YuMi具有特殊的特性，可以帮助它与人类同事进行近距离或直接的合作。对于iClick来说，配备一个协作机器人很重要，这样员工就可以很容易地进入机器人的操作空间，移除有缺陷的物品或在必要时补充产品。YuMi手臂上的深灰色区域被垫了起来，以防万一。
“如果有人把他们的手进入工作系统，它会在它的位置颠簸并冻结，”笔记Svedin。“一个轻微的凹凸会阻止它移动。”
设计屋培训了iClick人员安全，以及如何运行和编程机器人。
“他们喜欢这个机器人看起来非常人性化，他们可以接近它，”Svedin说。“这不是一个盒子里的东西。他们认为它是他们船员的一部分。“
Cobots是意想不到的地方船员的一部分。制造不是唯一有劳动力的部门。花卉行业正处于劳动力危机的边缘，并寻求自动化解决方案。
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| 演示了一个协作机器人程序安排花束，以解决花卉行业的劳动力短缺。（礼貌的罗萨） |
玫瑰和机器人
游客到了自动化展示去年四月，你可能瞥见了一个合作机器人在整理小束玫瑰，或者你甚至可能带了一束纪念花回家。我们有些人为了背景故事跳过了花蕾。
Florabot是创始人和首席执行官Alex Frost的Braillchild，这是一家在父母的零售花业务中长大的第二代花店。在过去十几年中，他的佛罗里达州劳德代尔堡QuickFlora一直为花卉零售商提供基于云的ERP系统。
“我们在美国和加拿大的许多零售商工作，帮助他们管理他们的软件技术前端和后端系统。我们有一个前排的席位到他们的一些挑战。在过去的5到10年里，人们进入花卉业务较少和更少，因此很难找到合格的花卉设计师在花店工作。“
他说，如果再加上加州等许多地方最低工资水平的提高，花卉业就会出现真正的劳动力短缺。他认为这是一个适合合作机器人的环境。
“我们看到他们翻转汉堡包，制作煎饼和咖啡。我们去年决定，让我们在这里带来其中一个机器，看看它实际上可以做些什么，“弗罗斯特说。“我们可以编程它制作花卉安排吗？我们可以为最终用户创建一个交钥匙单元格吗？
“想想克罗格，他们在全国有4000家门店(以不同的超市品牌销售)。每家店每天需要约10至30次安排。”“现在这些都是手工制作的。通常情况下，有50到100个人在34度的冷藏箱里。这个过程是非常劳动密集型的，你无法规模化。当情人节或母亲节到来时，招聘数量增加了5到10倍，你不可能在没有空间的情况下快速招聘5到10倍的人。存在劳动力短缺问题、劳动力成本问题和可扩展性问题。”
自动化花卉设计
弗罗斯特看到了一个新兴市场，不仅在北美，而且在全世界。事实上，他的大部分咨询都来自西欧，因为那里的劳动力成本较高，而且欧洲市场更容易接受自动化技术。他注意到精密农业的发展，我们在为可持续农业培育机器人和人工智能在美国，初创公司和成熟公司正在将协作机器人应用于农业。
弗罗斯特说:“我们属于这一类，因为我们处理的产品非常敏感，不重，需要专门的抓手、力控制和视觉系统才能真正工作。”“我们的技术和其他公司的技术有很多相似之处，我们尝试处理各种形状和大小的精致花茎，然后挑选并放置在特定的xyz坐标下，循环时间合理，次品率低。”
起初他自己也持怀疑态度。但随着他们的研究和产品测试在过去一年的进展，他开始相信了。他们决定从通用机器人合作机器人开始，因为他们相对容易使用和编程。它们有一个内置的兼容硬件制造商和应用程序的生态系统。它们也很容易携带。
目前的Florabot系统使用Ur5 Cobot与Robotiq手-E夹具。以前的测试用来自Ubiros和软机器人的夹具进行。弗罗斯特说夹具系统一直是学习过程的重要组成部分。
“我们意识到，现成的东西都行不通。绝对没有。我们必须发明自己的专有手指。现在我们正在研发自己的伺服电动抓钳。这将给我们的终端用户带来更多的灵活性。”
看看FloraBot系统的早期版本在贸易展区的舞台上表演。
总承包和Travel-Ready
虽然专利还在申请中，但FloraBot不会发布这款即将投产的系统的照片。目前他们正在迈阿密的一家公司进行试点测试。他们计划，在国际消费电子展(CES)上正式推出后，从2020年1月开始出货。
弗罗斯特说，该系统可以以每小时100-200个单位，24/7的速度组装aifd质量的花艺，并且在不到一年的时间内就有了投资回报率。现在他们计划出售这个系统，但最终，他希望转移到老城模型．这样，花卉公司和种植者就可以在不进行资本支出投资的情况下尝试它。
据说FloraBot擅长于12立方英寸的小排列。但当你要做更大的安排，比如花瓶里的一打长茎玫瑰时，就需要另一种钳子。在这一点上，FloraBot将不得不转向他们自己的专有抓手。
弗罗斯特在设想一种可以用48英寸的集装箱运输的交钥匙系统。x 48。托盘，基本上是一个可以在流水线上完成特定任务的机器人单元。例如，要创建一个排列，可能需要一行中有6个单元格。一个机器人为容器切割泡沫，一个机器人为泡沫水合，一个机器人采摘/放置树叶，一个机器人采摘/放置花朵，一个机器人为这些安排打包，另一个机器人把它们放进盒子里。
弗罗斯特说:“现在，我们看到，无论是在一个典型的花店还是在大众市场，这些机器能够做花业中人类做的75%的事情。”“大众市场确实是这项技术的最佳市场，因为他们每天生产大量(2000-3000束)相同类型的花束。对那些想要定制的东西的人来说，市场总是存在的。但现实是，大多数花商每周都在做同样的安排。”
一些公司已经与FloraBot接洽，将插花装在盒子里，然后运往世界各地。在花卉行业有很多新的、有创新精神的参与者。弗罗斯特说，大多数新兴企业最容易接受自动化。
“有人要求我们做夏威夷花蕾，这是一个非常劳动密集型的过程。其他人想让我们用玫瑰覆盖不同的动物，这在许多国家都很流行。这也是非常劳动密集型的，因为你必须剪出一个法国贵宾犬的泡沫模型，然后在上面放上600朵玫瑰。这通常需要4到8个小时。在生产能力方面，机器肯定会接管的。
“你可能不知道它是由机器人创造的，你可能不在乎，”弗罗斯特说。“如果客户获得有12至24个茎的美丽的花朵安排，那么色彩调色板很棒，它的价格是他们的价格。在一天结束时，它是关于为客户提供最大的价值。“
6月，FloraBot在迈阿密的国际花卉博览会(IFE)上展出，被誉为北美最大的B2B花卉活动。弗罗斯特被这种兴趣震惊了。
“花展上的每个人，大种植者和花束制造商，都来到摊位，问他们如何使用机器人来削减他们的工资。没有人询问或关心这项技术，也没有人关心它是否有效。这只是成本和投资回报率的问题。首席财务官走过来。我从来没有见过这么多高管在一场时装秀上参与严肃的讨论。这真的告诉我们，我们走在正确的道路上。”
FloraBot最近一路走到波士顿，在那里他们在麻省机器人公司开设了一个新办公室主要机器人群集．看看接下来会发生什么是很有趣的。
弗罗斯特说:“从现在开始的五年内，人类将不再插花，因为当你看到劳动力节省了50%到75%，这在经济上就不再有意义了。”
从玫瑰花蕾到电子连接器，合作机器人正在各行各业涌现。
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| 一台与标准六轴铰接臂集成的自主移动平台充当了随时随地的协同生产助理。（斯蒂布里北美礼貌） |
移动生产助理
协作机器人还进入移动品种，包括这种移动机械手，可以将自动移动平台与六轴铰接臂集成。Stäubli电连接器依赖于斯蒂布利机器人的Helmo移动机器人系统，以帮助补充在峰值需求期间或由于疾病或其他无法预料的缺席期间的人类劳动力短缺。
一旦经过培训，HelMo可以在瑞士Allschwil的连接器制造商工厂的各种装配线上处理几乎任何手工工作。生产助理导航到它自己的工作站上，当人类同事靠近时减速或停止，然后当受保护的工作空间清空时自动恢复工作。
当赫尔莫到达它的工作站时，合作机器人通过参考工作站上的三个永久定位点精确地将自己定位在十分之一毫米以内。然后，HelMo通过多个耦合器将自己连接到电力和压缩空气的固定供应插座上，然后开始转换。
这款移动合作机器人还配备了自动换刀系统。有一天它可以与连接器外壳和接触引脚一起工作。第二天可能是组装过程的另一个阶段，无论它在哪里需要。
在移动平台的顶部集成了一个标准Stäubli TX2-90L机器人，具有15公斤的有效载荷和1200毫米的射程。观看HelMo移动机器人系统自动加载转盘用于制造气动联轴器，并在随后的视频中安全地在生产空间中的人类同事和其他设备周围导航。
灵活的生产助手将其环境监控，具有三个集成的激光扫描仪。Helmo可以自动地或与人类合作执行其任务。
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| 一队队的移动机器人将正在工作的部件从一个生产站运送到另一个生产站，让工人们可以集中精力完成工厂里的高价值任务。(由欧姆龙自动化) |
材料运输Cobots
在日本，一批移动机器人与人类合作。欧姆龙的FA传感器制造工厂在Ayabe希望升级其材料运输系统，并以全自动的解决方案为整个工厂运输过程中的进展（WIP）组件。
Ayabe既是一个生产设施，也是一个开发设施。除了为客户生产欧姆龙技术，它还作为测试和优化新产品的环境，包括欧姆龙LD移动机器人。摆脱了难以重新排列的笨重传送带，工程团队选择了这种灵活的移动解决方案，机器人可以在动态环境中自主导航。
每个LD移动机器人从企业管理器获取其配置数据，这有助于通过将每个机器人的位置和轨迹与其附近的其他机器人共享来优化流量。这允许每个移动机器人在飞行中进行路径调整，以避免人们，障碍物和其他机器人在其路径中。
企业管理器允许操作人员从中心通信点管理地图和配置更新。然后将这些更新推送给舰队中的每个移动机器人。企业管理器还提供了一个队列管理器，用于从呼叫按钮和自动化设备接收作业请求，然后将作业分派给移动机器人。
在Ayabe工厂，移动机器人在组装、最终检验和装运站之间搬运产品容器。由于移动机器人系统与制造工程系统(MES)连接，通过MES的运输订单是根据正在进行的工作进行的。观看Ayabe的移动机器人舰队的行动．
为了使运输更高效，每个LD移动机器人都有两个升降机，在前面一个，一个在后面，这使得可以将材料携带到一次行程中的两个目的地。
欧姆龙公司的助理经理Makoto Kasuya说:“使用这些移动机器人，我们能够将75%的材料运输任务自动化。”“过去人们会分批搬运集装箱，但现在机器人可以更频繁地搬运集装箱。因此，运输材料所需的交货时间平均减少了80%。”
整体解决方案还减少了未来投资所需的费用和努力，因为LD移动机器人可以很容易地在其他工厂实施，而不会产生新的设计成本。
将劳动力用于高价值的任务，而不是在产品和材料之间流动，将有助于日本制造业解决随着该国人口持续快速下降而日益严重的劳动力短缺危机。欧姆龙草津工厂的工人过去每天要手动运输多达300个集装箱。现在LD移动车队做了机器人最擅长的事情，使人们能够专注于更有创造性的工作。
创造力仍然是人的因素。我们需要灵感、创造力和远见，那些能够设计出独特的花卉图案、创新的科技玩具，并为古老的汽车部件增加新的功能和价值的东西。机器人推动我们变得更好。