协作机器人以人为本

在远离硅谷，甚至远离亚洲电子中心的地方，一家充满灵魂的小公司正在掀起波澜。在伊利湖东端，一家由丹麦移民创办的公司正在布法罗市中心建造移动电脑。

在Bak USA，五名技术人员坐在半月形的工作站前，从零开始制造笔记本电脑和平板电脑。就在一臂之遥的地方，一个带着螺丝刀的机器人在配合组装。你有一家成立三年的初创公司，有100名员工和一个机器人。几率有多大?随着人机协作(HRC)的出现，这种可能性越来越大。中小企业正在注意到它的潜力。

这不是一家普通的公司。巴克家族的愿景是让地球上的每个人都能使用移动技术。虽然雄心勃勃，但这家初创公司正在以千禧一代的社会责任品牌为一个又一个社区描绘自己的道路。再加上一些重量级的合作伙伴，包括微软、英特尔和Esri，你就有了一个相当强大的合作伙伴。

Bak USA为K-12教室生产二合一笔记本电脑，相信每个学生都有权获得高科技学习机会。他们还为日常工人生产坚固耐用的平板电脑，无论他们是在工厂，在建筑工地，还是我们的男男女女。

一直以来，Bak USA都相信要照顾好自己的“工人阶级”。以人为本的商业模式意味着他们把员工放在第一位。

那么，一家非传统的公司是如何打破现状的呢?他们收养了一个机器人。这不仅是他们的第一个机器人，也是他们在生产车间的第一个真正的自动化产品。而且不是一般的机器人。一种没有传统工业机器人特有的安全“笼子”的机器人。颠覆性技术乘以2。

Cobot运动

这是Bak USA的新领域。他们总是把人放在第一位。现在他们要把一个机器人引入自己的队伍。事实证明，他们在发射前得到了一些帮助。

布法罗制造工厂是由纽约州发展倡议成立的工程咨询组织。Bak USA邀请他们来帮助这家初创公司评估他们的生产流程，以获得开箱即用的解决方案。

孩子们，他们跳出了框框。

Bak USA的先进制造主管马特•马洛伊(Matt Malloy)表示:“没有什么是不可能的。”“我们研究了各种各样的东西，从自动移动机器人(AMR)，到在大楼里飞行的无人机，再到运送零件。”

Buffalo Manufacturing Works向Bak USA介绍了协作机器人(cobot)的概念。

“作为一家企业，我们审视了我们所做的一切，并问自己，我们在哪里能产生最大的影响?”马洛依解释道。“我们拥有一个领导团队，他们非常喜欢说我们是这个行业的新人，我们希望产生影响，我们希望在这里工作的每个人都做得对，我们希望让人们的工作令人兴奋、有趣和舒适，所以我们愿意探索。这是一家公司在技术和社会上都非常坚定地支持自己想要做的事情的好处。”

Bak USA的社会使命是他们所做的一切的背后。他们希望将技术人员从具有人体工程学挑战性的任务中解脱出来，同时提高生产效率，以便他们能够继续为年轻学生和劳动力生产高质量，价格合理的电子产品。

马洛伊说:“如果你能想象一整天都在摆弄移动设备大小的微型螺丝，你得试着用指尖握住它们，把它们放在螺丝刀的尖端，然后把它们放进去，获得合适的扭矩。这是整个过程中很困难的一部分。”

为了减轻工作量，部署了Kawasaki duAro双臂SCARA机器人。经过几个月的测试，该系统现已全面投入生产。在生产过程中，技术人员围坐在机器人周围成半圆形。每个技术人员从头到尾都在自己的工位上组装一台计算机设备。当设备准备好安装螺丝时，技术人员启动一个快速流程，将设备运送到机器人那里。机器人将螺丝插入并驱动它们，然后如果需要，设备会被送回给技术人员进行额外的组装。

由于在任何给定时间可能有5个技术人员给机器人喂食设备，如果机器人忙于在一个设备上安装螺钉，则另一个设备排队等待。与此同时，技术人员可以制造下一个设备。

duARo的每只手臂都配备了一个视觉摄像头和一个扭矩反馈电动螺丝刀。机器视觉用于确认装配中螺钉的位置。它还有助于确定用于不同设备的螺钉尺寸。螺旋送料器将螺丝提供给机器人。

马洛伊说，虽然机器人做同样的手术比人类快，但这不是关键的考虑因素。

“更重要的是，它省去了一个没有人想要做的步骤。”

Bak USA考虑了其他协作机器人系统，但他们选择了duAro，因为它的精度、紧凑的尺寸和固有的安全性，以及其他因素。

“由于它的移动方式，duAro是一个很好的选择。这是一个双臂协作机器人，这让它变得非常棒。”“你可以同时在两台设备上运行，也可以以多种方式运行。系统的控制、传感器和反馈都很棒。而且系统本身是有衬垫的，所以即使它撞到你，它也像一个垫子一样撞击你。”

以人为本，安全第一

位于密歇根州Wixom的川崎机器人(美国)公司的产品和高级工程总监Samir Patel说，duAro机器人是根据协调的ISO 10218和ANSI/RIA 15.06机器人安全标准设计的，用于协作操作。

“为了达到最高的安全水平，”帕特尔说，“川崎有一个名为ccube - s的硬件和软件包，可以监控每个手臂的工作空间和速度。”

帕特尔表示，低功率电机(低于80瓦)，加上柔软的缓冲车身，以及速度、力量和工作区域监控，使duAro能够与人类安全地合作。在不太可能发生碰撞的情况下，碰撞检测功能会立即停止机器人的运动。

Bak USA最初担心安全问题，主要是因为这项技术尚不成熟。因此，他们与外部公司合作，帮助评估安全性，并为员工提供培训课程。马洛伊说，他们可能在安全方面做得太过分了。

“目前，为了更加安全，我们在每个工作站前都安装了光幕。我们在每个工具后面都有安全垫，所以没有人可以靠近它，即使它是一个协作机器人。我们有两个安全控制触点，所以没有人可以用手来装卸设备。”

如果有人或有东西打破了光幕或触发了安全垫，机器人就会立即停止。

“布法罗制造工厂已经能够为我们开发这样一种系统，它可以如此迅速地重置，”马洛伊说。“根据我的经验，每当联锁或其他类型的东西被触发时，要使其恢复到可操作状态总是一个复杂的过程。在这里，他们花了很多心思让它安全、易用、易于故障排除。”

易用性是我们经常听到的关于协作机器人的主题。对许多人来说，“教学”已经取代了编程。

容易教

川崎为duAro提供了三种编程选择。通过引导-教导功能，人们可以抓住机器人的一只手臂，将其移动到想要的点，然后在编程平板电脑上记录这个点。您可以对每个点重复这些步骤，以教授完整的路径。

第二种方法是使用与duAro机器人控制器无线连接的安卓平板电脑，来调整机器人的关节、基座或工具坐标。第三种方法是为高级用户编写复杂的应用程序。

在体验了“引导到教学”功能的直观性之后，马洛伊说，他无法想象必须用教学吊坠来教机器人，而大多数传统工业机器人都是这样编程的。

duAro机器人的一个优点是，它的两只手臂可以被训练成独立完成不同的任务，或者它们的动作可以协调完成一项任务。

川崎的帕特尔提供了电子制造业中常见的例子。“在许多电子装配应用中，装配前必须对母件进行精确定位。使用duAro，一只手臂可以固定母部件，而另一只手臂则可以进行组装，如螺丝紧固或粘合。”

这些机械臂还可以协调携带更大的负载，比如印刷电路板。由于机器人的同轴设计，两个手臂共用一个共同的轴，关节1，所以它们可以从机器人的前面到后面旋转。每条手臂可以处理2公斤的有效载荷。协调起来，他们可以携带4公斤。Bak USA根据自己的生产要求，独立或协调使用双臂功能。

让劳动力为机器人做好准备

Bak USA成功采用协作机器人的原因是其员工的早期参与。甚至在项目开始之前，他们就让他们的技术团队参与进来。

马洛伊说:“我们与布法罗制造工厂密切合作，让他们与我们的技术人员一起了解我们的工艺，了解哪些可行，哪些不可行。”“我们确实回答了一些典型的问题，比如为什么要添加一个机器人，这对我的工作意味着什么?”但在整个过程中，我们让每个人都参与其中。我们有很多机会让他们参与进来，即使是像让人们和cobot拍照这样简单的事情。当它到达这里的时候，人们很兴奋。他们使用它的第一天，人们就在问，下一个是什么时候?你甚至无法想象当我们第一次看到它运行时人们脸上的笑容，那五个人都很兴奋，因为他们是在做这件事。”

揭幕仪式确实是全公司的庆祝活动。这个项目非常成功，巴克美国公司又订购了两台机器人。

马洛伊说:“第一天投入生产就超出了我们的预期。”“然后我们很快就打破了内部记录。我们目前正在调试第二个和第三个系统。”

在过去的12个月里，Bak USA的规模几乎翻了一番，增加了48个新工作岗位。这两个额外的机器人将增加使用该系统的技术人员数量。

“我们有更多的人在生产车间，”马洛伊说。“我们现在有足够的人手来运行这三个系统。我们还在招人。”

协同自动化的未来

Bak USA计划花一些时间改进现有系统。马洛伊说，他们从这个过程中学到了很多东西，特别是他们可以为这个系统增加什么，或者改变什么，让它变得更好。

“刚开始的时候，我们只是用手。没有协同自动化。现在我们正在重新考虑如何设计我们的产品，以考虑那些自动化功能的设计，”他说。

马洛伊说，Bak USA最大的挑战之一并不是什么大事。

“一些看起来更琐碎的事情，比如在螺丝刀移动的时候，试图让它的末端保持一个非常小的螺丝，这对我们来说是最具挑战性的事情之一。”

Bak USA学到的最大教训是什么?

马洛伊说:“如今，每个人都在说，如果工作岗位不在别处，那么它们就会被机器人抢走。”“我们想证明事实并非如此。我们希望向行业展示，这可以通过一种方式实现，既可以增加自动化，同时也可以创造就业机会，创造良好的工作环境。最大的积极教训甚至不是技术，而是我们向自己证明了你可以做到这一点。”

像Bak USA这样的案例证明，这并不一定是孤注一掷。自动化和人可以共存。人类和机器人可以作为同事和合作者安全地一起工作。

联合自动化还进入了汽车总装领域，这是一个通常由人工完成的领域。使用FANUC CR-35iA协作机器人(如图)，其有效载荷能力为35公斤，Esys自动化开发了一种协作机器人系统，可将聚氨酯应用于汽车后四分之一玻璃。

客户要求机器人聚氨酯应用的质量保持一致，但在操作员和机器人之间缺乏足够的空间来放置具有传统安全防护的封闭单元。Esys能够将占地面积减少一半，并创建一个操作员与cobot携手工作的过程。

这些机器人都是协作动力和力限制机器人(pflr)。这些类型的专业工业机器人在它们的速度、它们可以施加的力和它们可以处理的有效载荷上都有固有的限制。在大多数情况下，这些机器人可以接近或直接与人类一起工作，而不需要安全围栏或其他外围安全设备。

然而，人机协作并不是pflr的专利。高载荷和高速机器人可以参与行动。不过，这确实需要一些打破常规的思维。

Tanya M. Anandan是《纽约时报》的特约编辑机器人工业协会(RIA)和机器人在线。RIA是一个非营利性行业协会，致力于通过机器人技术和相关自动化提高北美制造业和服务业的区域、国家和全球竞争力。这篇文章最初出现在RIA网站上。RIA是推进自动化协会(A3)的一部分，该协会是CFE Media内容合作伙伴。克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com。

原创内容可在www.robotics.org。

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