為工業(yè)5.0提供人機協(xié)作式制造解決方案

協(xié)作機器人（又稱“cobot”）正在讓工業(yè)5.0落地生根。這些交互式機械臂滿足了人們對制造技術(shù)不斷增長的需求，不僅能優(yōu)化自動化作業(yè)流程，還能增強人機關(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。

在這種趨勢下，協(xié)作機器人與人類并肩工作，而傳統(tǒng)工業(yè)機器人則與同事隔離。協(xié)作機器人擅長在共享空間內(nèi)工作，自動執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，如“取放”、打托盤、精細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題，因此協(xié)作機器人的受歡迎程度激增。對自動化充滿好奇但尚未實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)作機器人作為自動化應(yīng)急措施。

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

提升工人技能和生產(chǎn)效率 

協(xié)作機器人體現(xiàn)了工業(yè)5.0中人機協(xié)作的理念，二者結(jié)合為制造商提供先進的運營能力。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。這對于工作變動頻繁、吞吐量低的工廠尤為有利，因為協(xié)作機器人的靈活性和可操作性能夠顯著提高運營效率。

例如，一個組裝管道配件的工廠需要大量人力，在將每個管子連接到另一個組件之前，在管子的螺紋上涂上密封劑。這個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)千個不同尺寸、厚度和組合的管道。

引入?yún)f(xié)作機器人來承擔這項任務(wù)的重要部分，工廠就可以重新安排工人崗位，提高整個流程的效率以及價值創(chuàng)造能力。雇主指派一些操作員監(jiān)督協(xié)作機器人，確保其在螺紋上精確涂覆適當厚度的粘合劑。其他操作員則直接與協(xié)作機器人分工合作，手動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，讓其承擔更具戰(zhàn)略意義的任務(wù)，例如為協(xié)作機器人編程以重新部署或加強質(zhì)量檢查。

整個過程的成功主要取決于對涂層工藝有深刻了解的專家級操作員，他們負責為協(xié)作機器人編程并監(jiān)督協(xié)作機器人的操作。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)機器人是另一種類型的同事，它們在力量和強度方面都超過了普通工人。過去出于安全考慮，制造商將工業(yè)機器人與工人隔離開來，從而消除了合作的可能性。如今，為了符合行業(yè)標準，協(xié)作機器人配備了先進技術(shù)，以確保在共享環(huán)境中與工人安全互動。

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

不過，未來技術(shù)的整合可能會在增強協(xié)作機器人交互性的同時引入新的安全問題。人工智能的引入可以為操作員提供寶貴建議，但同時也為未經(jīng)授權(quán)訪問個人或機密業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)威脅打開了大門。

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

簡化復(fù)雜的應(yīng)用和編程

與之前的工業(yè)機器人解決方案相比，協(xié)作機器人為制造商提供了更加方便使用且易于編程的自動化解決方案。協(xié)作機器人的先進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)對復(fù)雜的應(yīng)用和編程。

對于機器人來說，從箱子里取出隨機位置的特定物品是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。雖然這對于人類來說輕而易舉，但對于機器人來說卻是巨大的“智力”挑戰(zhàn)。工程師們?yōu)閰f(xié)作機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)采用先進的機器學習技術(shù)和算法，識別箱子內(nèi)目標零件的精確位置，并將位置數(shù)據(jù)傳送給協(xié)作機器人。然后協(xié)作機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)移到下一個位置。

協(xié)作機器人的開發(fā)目前也朝著簡化復(fù)雜的編程邁進了一步，使操作員更容易使用工業(yè)自動化解決方案。傳統(tǒng)上，機器人及其應(yīng)用的復(fù)雜性需要由專家級技術(shù)人員進行專業(yè)編碼。相比之下，工程師設(shè)計的協(xié)作機器人可由任何操作員編程，從而實現(xiàn)快速部署。協(xié)作機器人使用基于樹結(jié)構(gòu)的編程語言，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間。操作員可以通過被稱為示教器（圖4）的人機界面對協(xié)作機器人進行編程和維修。

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

結(jié)語

協(xié)作機器人是工業(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、保障員工安全并簡化硬件和軟件問題。通過將協(xié)作機器人引入工廠環(huán)境，制造商可以將工人調(diào)整到更具戰(zhàn)略意義的崗位，進一步優(yōu)化生產(chǎn)。為確保合作安全，協(xié)作機器人配備了先進的安全技術(shù)。

而且，通過利用新的硬件和軟件技術(shù)來應(yīng)對復(fù)雜的應(yīng)用挑戰(zhàn)，并使任何操作員都能進行編程，協(xié)作機器人也表現(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化解決方案以增強人機關(guān)系，而協(xié)作機器人將繼續(xù)以安全性、適應(yīng)性和易用性吸引用戶。