在斯圖加特舉辦的第35屆Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)上，來(lái)自全球27個(gè)國(guó)家，近900家參展商展示了生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化產(chǎn)品各式各樣的配置。此外，輕結(jié)構(gòu)的議題已經(jīng)不只停留在大家的口頭上，而是已經(jīng)可以在Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)上進(jìn)行展出，并且成為此屆展覽會(huì)的展出重點(diǎn)。此外，第10屆Bondex世博會(huì)也在同一展出場(chǎng)地同時(shí)舉行，Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)和Bondex國(guó)際粘結(jié)技術(shù)展覽會(huì)組成了一個(gè)展出技術(shù)、產(chǎn)品、生產(chǎn)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)件以及靈活性要求高的變形件裝配的博覽會(huì)二重唱。特別是向人們展示在輕結(jié)構(gòu)實(shí)踐中的應(yīng)用型機(jī)器人，如今，輕結(jié)構(gòu)組件和結(jié)構(gòu)組件的制造與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合十分緊密。
在輕結(jié)構(gòu)件的制造方面：人們可以看到精準(zhǔn)變換粘結(jié)材料進(jìn)行生產(chǎn);粘結(jié)材料和結(jié)合料的應(yīng)用、原材料件的輪廓切割、鏜孔和裝上邊緣;半成品件的處理或半成品件加工工具。在將輕結(jié)構(gòu)件安裝成為結(jié)構(gòu)組件的過程中，人們可關(guān)注到加工處理、結(jié)構(gòu)件的接合以及所使用的接合作業(yè)工具;在成品件的進(jìn)一步加工中所進(jìn)行的檢驗(yàn)和處理。
圖1 企業(yè)在標(biāo)注了設(shè)備是機(jī)器人技術(shù)的情況下，可提供EGS 自動(dòng)化技術(shù)，如 Epson 公司研制的機(jī)器人可持續(xù)進(jìn)行4周的非強(qiáng)制性試驗(yàn)
在所有的流程步驟中，機(jī)器人和機(jī)械臂夾緊裝置以及材料流外圍設(shè)備均起著核心作用。機(jī)器人技術(shù)在這些生產(chǎn)流程中均能夠快速、動(dòng)態(tài)和可重復(fù)性地實(shí)施作業(yè)和輔助性作業(yè)，在輕結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用方面，則使用相應(yīng)的剛性、動(dòng)態(tài)及靜態(tài)高加載能力的機(jī)器人/機(jī)器人臂和夾緊裝置/拉緊工具實(shí)施作業(yè)。在此，首先必須考慮結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)方面的問題，接下來(lái)才是要考慮在自動(dòng)化生產(chǎn)中輕結(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及在輕結(jié)構(gòu)部件和結(jié)構(gòu)件的安裝作業(yè)以及進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的問題。
如今，人們的意見達(dá)成一致：共同的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是為中小企業(yè)(KMU)進(jìn)入自動(dòng)化提供入門門檻。現(xiàn)在就有很多產(chǎn)品表明，如何才能夠做到這一點(diǎn)。例如 EGS 自動(dòng)化技術(shù)公司便介紹了接近實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)解決方案。該企業(yè)不久前提出了一個(gè)另類的口號(hào)，即人們可在長(zhǎng)達(dá)4周的時(shí)間內(nèi)不承擔(dān)購(gòu)買義務(wù)地試用一部機(jī)器人，之后再選擇是退貨還是購(gòu)買。這與提供優(yōu)惠租用和提供一整套技術(shù)服務(wù)不同的是，機(jī)器人生產(chǎn)廠家提供機(jī)器人，并且與客戶一起使機(jī)器人投入生產(chǎn)運(yùn)行，機(jī)器人生產(chǎn)廠家在客戶使用機(jī)器人的頭一個(gè)半天時(shí)間內(nèi)為其提供技術(shù)指導(dǎo)。EGS自動(dòng)化技術(shù)公司今年參展Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)的重點(diǎn)是其Sumo結(jié)構(gòu)系列的4個(gè)機(jī)器人成員，這些機(jī)器人有不同的新功能和任選項(xiàng)：其中，Sumo Quatroplex是一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的入門性技術(shù)解決方案;而Sumo Magaplex則是一個(gè)帶有大工件自主裝置的托盤系統(tǒng);Sumo Fotoplex和Sumo Ecoplex組合系統(tǒng)則用于由粒狀松散材料制成工件，并且在制成梁式工件的流程完成之后，將梁式工件輸送到托盤上。
圖2 作業(yè)空間給工作人員造成作業(yè)困難時(shí)，機(jī)器人單元 Flexfellow可擴(kuò)展“Ceiling”模塊，這種技術(shù)解決方案可調(diào)整高度，從而可實(shí)現(xiàn)擰緊螺栓作業(yè)以及如運(yùn)輸?shù)鹊暮?jiǎn)單作業(yè)
Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)除了推介機(jī)器人技術(shù)解決方案的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)點(diǎn)外，還優(yōu)先介紹人與機(jī)器人合作進(jìn)行作業(yè)。KUKA設(shè)備制造公司將在Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)上用最小的機(jī)動(dòng)Flexfellow機(jī)器人來(lái)演示人-機(jī)器人-合作( MRK)的優(yōu)勢(shì)。
機(jī)器人單元輔助作業(yè)人員完成困難作業(yè)
近年來(lái)，KUKA公司在研發(fā)人-機(jī)器人-合作( MRK)新的技術(shù)方案方面一直走在前列，使人和機(jī)器人在沒有安全圍欄的情況下合作進(jìn)行作業(yè)。如，這家位于奧格斯堡(Augsburg)的企業(yè)研發(fā)的位置靈活的機(jī)器人單元——KUKA Flexfellow已經(jīng)在大眾汽車廠(VW)的汽車組裝作業(yè)線上使用。在此，機(jī)器人單元輔助人員完成人難以接近的汽車一側(cè)的螺栓擰緊等工作，然后汽車由無(wú)人駕駛系統(tǒng)(AGV)提供給下一個(gè)作業(yè)點(diǎn)。該技術(shù)解決方案基于多個(gè)KUKA設(shè)備的技術(shù)和一臺(tái)7軸輕結(jié)構(gòu)機(jī)器人LBR iiwa。機(jī)器人單元KUKA Flexfellow具有感覺靈敏性能，能夠自主地感應(yīng)到汽車螺栓所在位置，如果無(wú)人駕駛系統(tǒng)(AGV)沒有準(zhǔn)確地停到工位上，還能夠通過瞬時(shí)傳感器進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)機(jī)器人感受到有人或其他障礙靠近時(shí)便停止運(yùn)行。整個(gè)工位，如螺栓或者定位設(shè)備以及帶有人-機(jī)界面的汽車通過臺(tái)，必須按照人- 機(jī)器人-合作( MRK)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置。這才意味著這些部件滿足了通常的技術(shù)要求，與此同時(shí)，這些部件還必須是較輕的、圓形的且總體上來(lái)說(shuō)必須是安全的。在高級(jí)技術(shù)解決方案(Advanced Technology Solution)方面，KUKA公司為集成和終端客戶提供一個(gè)廣泛的通過人- 機(jī)器人-合作( MRK)部件乃至有生產(chǎn)許可證的的人- 機(jī)器人-合作( MRK)技術(shù)的整套設(shè)備的組合配置。
具有轉(zhuǎn)換性能的組裝系統(tǒng)取代大型機(jī)器人
位置靈活的機(jī)器人單元集成了所有必要的部件，如一個(gè)客戶專用的機(jī)器人控制裝置、一個(gè)螺栓夾緊裝置、一個(gè)顯示設(shè)備狀況圖像化信號(hào)燈以及一個(gè)斷開模塊。KUKA公司高級(jí)技術(shù)解決方案(Advanced Technology Solution)副總裁 Henning Borkeloh表示，這樣位置靈活的機(jī)器人單元便會(huì)結(jié)構(gòu)緊湊。“在汽車制造業(yè)，沒有設(shè)置帶有大的防護(hù)圍欄的外部系統(tǒng)的位置。”他又表示，“一部傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人所需占位最多可能可能是大眾汽車廠(VW)安裝的機(jī)器人單元Flexfellow所需占位的5倍。”機(jī)器人單元 Flexfellow在生產(chǎn)中特別靈活，可隨時(shí)將其推到新的使用的地方，整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)單元組成，能夠快速地進(jìn)行改裝。這種技術(shù)解決方案便總是能夠有多樣化的變化，并能夠在較短的生產(chǎn)循環(huán)周期內(nèi)有效地進(jìn)行作業(yè)。Henning Borkeloh繼續(xù)說(shuō)：“人-機(jī)器人-合作( MRK)具有轉(zhuǎn)變功能的安裝系統(tǒng)在傾向型生產(chǎn)理念(Lean-Production–Idee)的意義上取代了設(shè)置在安全圍欄后的大型機(jī)器人，這是我們的愿景。”
圖3 圖為帶有發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組控制裝置的萬(wàn)能夾具正在進(jìn)行作業(yè)，可見Schunk公司的PGN 系列夾具十分適用于自動(dòng)化工業(yè)
改進(jìn)型夾緊技術(shù)有助于機(jī)器人進(jìn)入安裝作業(yè)領(lǐng)域
如果不能夾牢或是夾牢后又會(huì)松開，那么再好的機(jī)器人臂也是沒有用的。為此，在本屆 Motek 國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)上還展出了最重要的夾具生產(chǎn)廠家的最新研究成果。例如，Schunk公司帶著其最新研究成果PGN plus系列夾具來(lái)參加本屆博覽會(huì)。Schunk公司的特殊技術(shù)是多齒導(dǎo)軌。傳統(tǒng)的T槽導(dǎo)軌所有的力和力矩都是作用到兩個(gè)導(dǎo)軌上的;而多齒導(dǎo)軌卻相反，其是將負(fù)荷分配到多個(gè)平行布置的對(duì)稱雙角導(dǎo)軌上的。這樣，便抑制出現(xiàn)負(fù)荷峰值，由此降低了磨損。而更加主要的是，由于齒比較長(zhǎng)，所以Schunk 公司的多齒導(dǎo)軌在夾具相同的情況下夾緊力較高。同時(shí)，這樣也有助于多齒導(dǎo)軌的作業(yè)重復(fù)性，該多齒導(dǎo)軌的作業(yè)重復(fù)性可持續(xù)保持在0.01毫米。為了實(shí)現(xiàn)將大的力作用到小的結(jié)構(gòu)空間，Schunk公司研制的多齒導(dǎo)軌采用了一個(gè)橢圓活塞驅(qū)動(dòng)裝置。該公司的PGN系列夾具當(dāng)前的變形裝置是帶有數(shù)字化控制裝置和24?V驅(qū)動(dòng)裝置的PGN plus Elektrisch系列夾具。通過使用一個(gè)M8標(biāo)準(zhǔn)連接裝置，可借助于集成的傳感器搜索兩個(gè)夾具的位置。中小型企業(yè)(KMU)也可使用Schunk公司研制的PGN系列夾具。對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，PGN系列夾具既沒有機(jī)電一體化的技術(shù)訣竅，在投入使用前也不須另行進(jìn)行程序化。而IPR的混合式平行夾具則不同，IPR混合式平行夾具是一個(gè)快速伺服定位裝置和一個(gè)程序可靠的氣動(dòng)夾具相結(jié)合的產(chǎn)物。通過集成的伺服電機(jī)，可自由將行程進(jìn)行程序化，這樣便可處理不同大小的工件。通過夾具板牙的準(zhǔn)確預(yù)定位，可將作業(yè)周期降至最短。采用混合式平行夾具時(shí)通過抓緊力來(lái)夾緊工件，借助于 RPW夾具系列和IPR混合式平行夾具的IPW夾具系列可氣動(dòng)式地可靠夾緊重量最大為80?kg的工件。夾具氣動(dòng)作出反應(yīng)，伺服電機(jī)便不必持續(xù)工作，這有利于驅(qū)動(dòng)裝置節(jié)省能源成本。與機(jī)器人進(jìn)行信息交換的夾具裝置的特點(diǎn)是，混合式平行夾具的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置是作為機(jī)器人控制裝置的一個(gè)附加軸集成的，這樣便確保了快速且簡(jiǎn)單的交互。帶有附件的混合式平行夾具也可用于執(zhí)行測(cè)量和檢驗(yàn)任務(wù)。
遺憾的是，當(dāng)要夾緊表面敏感的結(jié)構(gòu)件時(shí)，機(jī)器人臂和夾具達(dá)不到技術(shù)上的最高效率。這種情況經(jīng)常在汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體和顯示技術(shù)中出現(xiàn)。為此不久前，Leibniz新材料研究所(INM)已研究出了Gecomer技術(shù)，該技術(shù)與壁虎的附著原理相仿，由此降低了損壞工件或持續(xù)的殘留附著力的風(fēng)險(xiǎn)。
圖4 使用進(jìn)一步研發(fā)的Gecomer結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)每25㎡上20kg材料的夾緊，這些材料的重量相當(dāng)于40個(gè)平板電腦
Leibniz新材料研究所(INM)的科研人員稱，他們研究出的Gecomer結(jié)構(gòu)的附著力可最多抬起每25㎡面積上的20?kg的材料，這相當(dāng)于40個(gè)平板電腦的重量。這樣便可利用一個(gè)這樣的夾具來(lái)運(yùn)輸重的、輕的和敏感的物體，這在“工業(yè)4.0”領(lǐng)域則尤為重要。Leibniz新材料研究所(INM)功能性微觀結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的Karsten Moh解釋說(shuō)：“人工合成制造、用顯微鏡才能進(jìn)行檢驗(yàn)的微觀結(jié)構(gòu)的支柱托臂，被稱作Gecko結(jié)構(gòu)，可通過純物理轉(zhuǎn)換作用附著在物體上。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的機(jī)械控制，可實(shí)現(xiàn)附著和切斷附著。這樣便可以很快速且準(zhǔn)確地抬起和放下物體。”他指出，這種應(yīng)用也可在真空條件進(jìn)行使用，“使用新研發(fā)的附著系統(tǒng)，所實(shí)現(xiàn)的粘著力可達(dá) 8?N/平方厘米。在進(jìn)行此項(xiàng)研究的過程中，該系統(tǒng)能夠承受15?000次附著試驗(yàn)。”輕度不潔表面也能可靠附著。人們親眼所見的是，該項(xiàng)目的科研人員正在拱形表面上進(jìn)行附著試驗(yàn)。
Motek國(guó)際生產(chǎn)和裝配自動(dòng)化專業(yè)展覽會(huì)上還將展出控制系統(tǒng)。如Pilz公司將帶著其PMC primo MC型的機(jī)動(dòng)控制系統(tǒng)參展。這種開放式外部控制系統(tǒng)相對(duì)迄今為止的驅(qū)動(dòng)集成式PMC primo C型控制系統(tǒng)不同的是，與PMCprotego 5安全卡共同使用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可靠的結(jié)構(gòu)緊湊的驅(qū)動(dòng)技術(shù)解決方案。可以想象的是，該控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍會(huì)很廣，也適用于抓取和生產(chǎn)線應(yīng)用，該應(yīng)用由一個(gè)存儲(chǔ)器程序化控制裝置(SPS)的控制功能和機(jī)動(dòng)控制功能組成。借助于加大功率可達(dá)到較高的循環(huán)作業(yè)次數(shù)。
也可用于臺(tái)面作業(yè)的張緊裝置
Matrix公司因另一種夾緊技術(shù)而被人們所熟知：也就是單個(gè)裝有彈簧的挺桿，每個(gè)挺桿可與任意輪廓相匹配，這樣便能張緊每個(gè)表面。通過工件在挺桿內(nèi)的固定負(fù)影像來(lái)張緊下一個(gè)外形一致的物體。如果所要張緊的物體更換了，通過松開固定螺栓，挺桿便又回到起始位置。Matrix張緊系統(tǒng)不僅可用于工件的張緊作業(yè)，而且還可以用于臺(tái)面作業(yè)。為此，僅需一個(gè)螺絲扳手，而該螺絲扳手能夠用于該系統(tǒng)中的所有螺絲。
