協(xié)同作業(yè)的安全機(jī)器人

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人人機(jī)界面安全操作技術(shù)的革新，讓人與機(jī)器人身處同地一起安全地工作成為了可能。在戴姆勒-克萊斯勒公司，多個(gè)安全機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的優(yōu)勢(shì)已得到了人們的充分肯定。|出于安全的考慮，安全規(guī)范要求在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立防護(hù)欄，將人與機(jī)器人的工作區(qū)域隔離開。現(xiàn)在，隨著機(jī)器人人機(jī)界面安全操作技術(shù)的發(fā)展，在一些機(jī)器人工作崗位中已經(jīng)不再需要設(shè)置防護(hù)欄了。

在戴姆勒-克萊斯勒公司位于Sindelfingen市的工藝技術(shù)研發(fā)中心，新型梅塞德斯-奔馳CL轎車儀表盤裝配線上的操作人員正在與機(jī)器人“聯(lián)手”展開工作。操作人員向機(jī)器人發(fā)出取出、定位和安裝的操作指令，機(jī)器人從貨架中取出儀表盤，儀表盤安裝定位的運(yùn)動(dòng)軌跡被準(zhǔn)確地限定在汽車內(nèi)部。操作人員使用操縱桿對(duì)整個(gè)安裝過程進(jìn)行初始化、調(diào)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)方向。

在Untertürkheim地區(qū)的梅塞德斯轎車生產(chǎn)廠里，人們已經(jīng)將這種新型裝配技術(shù)成功應(yīng)用于C級(jí)轎車減振器的裝配上。機(jī)器人從減振器運(yùn)輸架上“拿起”減振器，將它準(zhǔn)確地放置到安裝工位上，整個(gè)過程都在操作員手中的操縱桿的控制之下。

為什么需要操作人員靠近機(jī)器人開展工作呢？KUKA公司的機(jī)器人專家認(rèn)為，這樣能更好地發(fā)揮人的感知能力。在裝配生產(chǎn)線上，機(jī)器人的作用再加上人的目視能力，可以使從前過于復(fù)雜的自動(dòng)化問題由機(jī)器人來完成。梅塞德斯轎車集團(tuán)公司的工藝技術(shù)負(fù)責(zé)人Günter Walz先生說：“人與機(jī)器人之間的合作是最佳的生產(chǎn)組合，將機(jī)械設(shè)備可以承受艱苦工作的乘載能力與人類的智慧有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)率的最大化和產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化。”

新型的機(jī)器人裝配方案是由戴姆勒-克萊斯勒公司與KUKA公司在“Cooperating Robots”（KIR）的合作項(xiàng)目中共同研發(fā)成功的。這個(gè)創(chuàng)新的制造系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是，以機(jī)器人組的形式開展協(xié)同的聯(lián)合作業(yè)。該生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在較長(zhǎng)的生產(chǎn)線中得到了充分的體現(xiàn)：不需在生產(chǎn)線的各個(gè)工作站之間設(shè)置搬運(yùn)機(jī)器人，減少了車間的占地面積。生產(chǎn)過程中，一個(gè)機(jī)器人加工工件時(shí)，另一個(gè)機(jī)器人就已握住下一個(gè)工件。而在工件交換的過程中，加工機(jī)器人就開始了對(duì)下一個(gè)工件的加工。
在戴姆勒-克萊斯勒公司與KUKA公司共同研發(fā)的解決方案中，由15個(gè)安全機(jī)器人組成的機(jī)器人組共同完成一項(xiàng)任務(wù)。每個(gè)機(jī)器人都有其自身的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)與其他機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的交換，實(shí)現(xiàn)相互間同步運(yùn)動(dòng)的“幾何協(xié)調(diào)”。在多個(gè)機(jī)器人的聯(lián)合作業(yè)中，只有一個(gè)機(jī)器人配備了操縱桿。

Walz先生說：“機(jī)器人組的這種工作方式，可以讓我們將各個(gè)加工工位中的輔助運(yùn)輸時(shí)間減少到零。”在KIR項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用的試驗(yàn)中，戴姆勒-克萊斯勒公司將汽車車架制造中的生產(chǎn)工時(shí)縮短了18％，設(shè)備投資費(fèi)用減少了4％。

在新型S級(jí)轎車傳動(dòng)系的生產(chǎn)中，戴姆勒-克萊斯勒公司的投資費(fèi)用甚至降低了15％。據(jù)戴姆勒-克萊斯勒公司稱：事實(shí)上，該生產(chǎn)系統(tǒng)在沖壓生產(chǎn)線以及柔性生產(chǎn)線上應(yīng)用所帶來的效益并非僅此。

在上述兩種生產(chǎn)情況下，汽車廠不必再為更換新模具和新工裝進(jìn)行投資了，只要編寫一個(gè)新的控制程序即可。

對(duì)于人身安全方面的研究，Reis Robotics公司也投入了大量的精力。Reis公司與Elan公司共同合作，成功研發(fā)了

SafetyController安全保護(hù)程序，可以實(shí)現(xiàn)控制層面的安全保護(hù)控制。Safety Controller系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人在空間中的所有運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有意外危險(xiǎn)時(shí)切斷機(jī)器人的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直到機(jī)器人退出工作區(qū)域，到達(dá)安全區(qū)域?yàn)橹埂?/p>

為了對(duì)機(jī)器人的操作者進(jìn)行有效的安全保護(hù)，人們還采用了兩項(xiàng)必要的措施—機(jī)器人的自動(dòng)減速和安全保護(hù)的手動(dòng)控制。在“Safe Production”的安全生產(chǎn)模式下，允許操作人員在不中斷生產(chǎn)的情況下進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域，此時(shí)的機(jī)器人將以“減速”方式運(yùn)動(dòng)。另外，操作人員還可以在機(jī)器人的控制系統(tǒng)中定義允許機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。當(dāng)機(jī)器人退出允許的工作區(qū)域進(jìn)入了所謂的“危險(xiǎn)”區(qū)域后，將會(huì)迅速切斷機(jī)器人的動(dòng)力電源。而“安全保護(hù)的手動(dòng)控制”是指，只有當(dāng)操作者的雙手都觸及操縱桿時(shí)，機(jī)器人才能開始動(dòng)作。