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深度报道：小型装配机器人渐行渐近（上）
机器人正变得更便宜、更小、更精确且更易使用。可选空间也在扩大：六轴、SCARA、Delta机器人或者新型双臂机器人–各有自己的优势。它们能够看见、感受到、抓取并充满信心地装配小零件。无论是在狭小的空间或洁净室...
电子产品正在萎缩，产品更加定制化且生命周期越来越短。劳动力不足，用人成本上升。那么，制造商对此能做些什么呢？
快来看看柔性自动化。机器人正变得更便宜、更小、更精确且更易使用。可选空间也在扩大：六轴、SCARA、Delta机器人或者新型双臂机器人–各有自己的优势。它们能够看见、感受到、抓取并充满信心地装配小零件。无论是在狭小的空间或洁净室，大的场所或中小型企业，在3C市场、化妆品、能源、汽车或者生命科学领域，正越来越多地使用机器人装配小零件。
六轴机器人用于装配断路器的小零件
硬性自动化VS.柔性自动化
硬性自动化或刚性自动化，包括设计用来完成特定的任务的设备，如数控铣床。柔性自动化充分利用被设计用来实现多任务的机器人，并且当需求改变时，适于赋予其新的用途。
“投资回报率比任何类型的硬性自动化都要大得多，因为你可以创建一个新的工具，并把它作为机器人的末端装置，你所做的是完全不同的另一部分，”位于伊利诺伊州VernonHills的三菱电机自动化公司机器人技术产品经理AlexBonaire说：“如果你有一个硬性自动化装置，它几乎只能做一件事，然后不得不更换它。”
“如今产品更新非常频繁，每6个月就会推出一款新版电视或电话，”Bonaire说。“想想那些硬性自动化设备，你将不得不更换定期以支持新产品，这会非常昂贵。”
我们看惯了汽车生产线上灵活的自动化机器人，到处移动大型部件、定位、焊接和给部件喷漆。其实，机器人也擅长小零件的装配。
“许多人认为机器人用于那些令人讨厌的粗糙大零件，或者简单的拾放应用，从A点拿起零件，然后在B点放下，”Bonaire说。“但是，把非常错综复杂的东西放在一起才是机器人真正大放异彩的地方。”
“如果你拿出你的手机看看，就会发现它是一个非常复杂的电子设备，”他继续说。“尽管一些装配是手工完成的，但设计越来越精细复杂，用手工装配是不合理的，甚至也许根本不可能实现。
“有了机器人，就有了一个多功能的装配工具。所以，也许某天它把螺钉插入的电路板，并在第二天或者甚至在相同的工序中，执行检查操作或者某种类型的分配或精加工。它就是一把瑞士军刀。”
精确零件插件中的力传感
一个由三菱提供的集成力传感器位于机器人臂和爪手之间，用于将接触器正确地插入到热继电器外壳中。该传感器基于在零件定位期间是否有阻力来提供力反馈给机器人。
集成力传感器用于将接触器正确地插入到热继电器外壳中
“有了力传感器，它可以执行搜索以找出哪里的阻力较小，然后根据这些反馈，执行一次干净漂亮的插件动作而不破坏任何东西，”Bonaire解释说。“编程很简单，寻找一个阈值，一旦达到阈值就停止并尝试其他途径。程序只是循环再循环，直到达到阈值”。
一旦接触器正确插入热继电器的壳体中，使用硬性自动化来改变热继电器主体的方向，使它垂直。然后第二个机器人介入，插入分隔不同触点的保护套或内盖。Bonaire说该插内盖动作也用到了二维视觉。
可变夹持装置伺服系统
此应用演示中所使用的伺服爪手也是由三菱提供的，为的是便于即插即用。伺服爪手在小零件装配中更为常见，因为它们可以在不同的位置打开和关闭，可容纳不同大小和形状的零件。
“除了可调节行程所带来的高度灵活性之外，伺服爪手在小零件装配中的另一个优势是它还允许调整所施加的握力量，因而可在不损坏零件的情况下处理小零件，”Bonaire说。“当你拿起一个很小的塑料片时，需要确保不会压碎它。”
伺服爪手提供几乎无限范围的定位选项。臂端工具生产制造商，如SCHUNK、AppliedRobotics和Robotiq也提供伺服夹持装置解决方案。
三菱的伺服爪手并不是唯一的灵活解决方案。
“那里有四组不同的爪手，”Bonaire说。“夹具允许机器人的臂端工具根据所需要执行的任务互换爪手。它会夹起完成工作所需的合适工具。”
随机抓取中的三维视觉
这是位于日本的三菱公司生产工厂的一个用于断路器生产的类似小零件装配过程的实际应用。整个过程中采用了力传感、视觉和其他先进技术。
“贴在机器人手臂上带有三菱徽标的灰色方块是三维视觉系统的一部分，”Bonaire解释说。“我们的系统是一个结构光三维系统，采用了二维相机，并投影一系列的图案来确定表面在哪里，所以那个箱子是个微型投影机。”
一个2D视觉传感器校验零部件位置以便进行装配
他说，三维视觉功能取代了杯式给料器或振动给料器，或者任何用于分隔零件的传统类型给料系统。
“你不必设计、加工和构建给料系统，”Bonaire说。“你基本上只需将零件呈现给机器人，不管什么方向，机器人都会发现它们。有了视觉，你可以用一个系统定位多个零件（而不是需要四到五个不同的杯式给料器馈线）。”
协同控制和防干扰
俗话说，三个臭皮匠赛过诸葛亮，这句话也适用于机器人。协同控制，也称为协调运动。虽然这种技术已经存在了十年，Bonaire说由于应用的需求以及终端用户发现了其能力，他们正更为频繁地使用这一功能。
“如果你知道你有能力获得两个机器人并让它们轻松地一起工作，那么这就可以改变你的整个设计，”他说。“与其让一个机器人先对某个零件做一些处理后将其放下，然后下一个机器人再将其拾起来做一些处理，协同运动更加有效。
“你可以在机器人之间不碰零件，”Bonaire说。“你也可以选择一个零件，然后实时对其重定向，同时另一个机器人在该零件上执行其他任务。这就像用一个魔方，转一侧，而另只手转另一侧。您可以在更短的时间内做更多的事情。而且，如果某个零件太大，机器人们可以携手合作把它拾起来。”
Bonaire说防干扰也有助于使装配过程更加高效。
“传统上，你必须在机器人代码中编写某种类型的握手程序。机器人会在握手程序中说它在空间中的某个特定位置，然后将这些信息发送给相邻的机器人，以确保它们不会进入该工作区，”他解释说。“这会减慢速度，因为机器人会不停地等待。
“有了这个防干扰功能，会通过建立一个机器人到下个机器人的参考而自动应对所有的事情，”他继续说。“即使你可以用传统的编程做到这一点，那创建可以快速实现这样功能的代码也将是非常困难和耗时的。”
有了防干扰技术，而不是等待一个机器人与另一个机器人通信，它们的行为更像是一台机器。
一台有双臂的机器人会怎么样？专为消费电子行业而设计，具有和人类同事并排工作的独特外形与协作功能。这就是ABB的YuMi机器人。
无缝集成的一体化控制
说到一体机，三菱的iQ平台不仅通过减少周期时间加快了装配过程，同时也缩短了项目交付周期。
“我们是仅有的能够在PLC机架上直接控制机器人的公司，设备都来自同一制造商，”Bonaire说。“因为减少了花在来回通信上的时间，因而缩短了周期。你可以利用一条高速总线上的所有东西，也可使系统集成商和客户更快地进入工作状态，因为他们不必花时间搞清楚如何让机器人与不同的自动化硬件设备一起工作。无论I/O、网络甚至是HMI屏幕，需要设置的地方很少。
“除了写代码，还提供了梯形图选项来对机器人进行编程，”Bonaire补充说到。“你可以选择任何一种方式。”
这就是柔性自动化的关键所在。有了机器人，你总会有选项。
机器人是什么
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
工业机器人是什么
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
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