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美国国家标准与技术研究所(NIST)通过机器人技术研究、指导支持中小型制造商

来源:原创 编辑: 时间:2021-02-19 20:12

美国国家标准与技术研究所(NIST)正在支持中小型制造商(SMM),研究如何使机器人系统更容易编程和使用,以及开发新型抓取和操纵技术。

制造业机器人技术正在走一条与机械加工和固定自动化系统类似的创新之路。虽然投资回报率最容易用效率和成本节约来衡量,但制造商也在寻找机器人技术来帮助他们解决运营中的痛点,创造新的机会。例如,更有效地连接流程或减少外包功能的需求。

中小型制造商(SMMs)使用机器人技术的增长路径越来越注重应用和附加功能,而不仅仅是效率和持续改进。增加SMMs采用机器人技术的关键是使机器人更容易使用和重复使用。具体来说,机器人的采用取决于机器人是否具有更像人类的灵巧性和自我控制能力。

让机器人更容易使用

Bots_For_Small_Mfg为了更好地支持中小型制造商,NIST的科学家和工程师,特别是NIST实验室,正在努力缩小尖端技术和目前部署在许多制造车间的技术之间的巨大差距。这种差距主要是由于缺乏必要的测量科学来验证和确认新兴的研究,从而减少采用的犹豫和风险。

NIST智能系统部门的优先事项之一是推进抓取、操纵和安全性能,这将使SMM能够有效地部署机器人解决方案。这项工作包括性能指标、测试方法和相关的测量工具,可以成为行业标准。该研究通过关注以下几个方面来推进制造业中的机器人技术。

更好的可重复性,使机器人能够在X,Y,Z坐标系空间内可靠地进行运动和动作。

更容易使用的人机界面(HMI),让操作人员对任务进行编程并与机器人进行互动。

新设计的抓手可以实现更精确的、类似于人类的动作;及更好的安全性和环境意识。

现在进入车间的进步之一是手持式HMI设备中的软件,它可以将人类的坐标参考(右/左,向/远)转换为传统的笛卡尔X、Y、Z坐标。这使得操作者可以更容易地对协作机器人进行编程。利用人机界面进行编程的改进,使得一些机器人可以由焊工进行编程,焊工可以为有关工艺的动作和行动建模。

一代机器人装配

制造业早期采用机器人技术的重点是不需要特殊技能或提供附加值的重复性任务。例子包括码垛、装货/卸货、材料处理和装箱(图1)。

FigURe 1:The most popular roboTIc applicATIons by usage.

目前,装配作业只占机器人应用的2%,不过NIST研究人员和行业专家认为,随着操纵技术的提高,装配作业在SMM中的广泛应用大有可为。可能扩大装配工作的领域包括:

1、连接电气元件

2、穿线和插入紧固件;

3、线路布线

机器人装配面临的挑战之一是在执行复杂操作时必须考虑到众多的变量。例如,夹持器拿起并移动一个零件所需的最佳力,可能与生产中后期的穿线操作所需的力不一样。随着触觉传感的改进,机器人将能够使用适当的力来抓取一切,有可能减少该生产过程所需的步骤。

NIST实验室的工作包括利用六轴力和扭矩传感器进行抓取的创新设计,包括模仿人类双手的机制。

灵活性和多功能性

NIST实验室正在利用电气和电子工程师协会的标准平台,为四种最常见的机器人抓取器研究大约十几种抓取和操纵的测试方法。

真空--一种用于平坦光滑表面的标准臂端工具,通常用于码垛和包装。

气动式--由于在工业操作中产生的噪音,也被称为 "砰砰抓手",这种通用型的抓手通常用于拾取和放置操作中的小物体。

液压--最强的--也是最复杂的--工业抓手。

伺服电动- 高灵活性和成本效益,在处理零件时允许不同的材料公差。

成功的关键

机器人技术的吸引力之一是,可以对机器人进行构建和编程,使其几乎可以做任何事情。但是,与固定自动化系统不同,机器人功能和易用性之间需要权衡。您在机器人中构建的功能越多,条件要求中必须考虑的环境因素也就越多,这使得对机器人进行编程和将其集成到其他任务的操作中变得更加困难。

如果制造商没有适当的支持系统,包括合适的员工,那么使用机器人技术进行小批量计划也可能会很困难。当SMM理解具有正确设置和编程的机器人系统如何节省重组成本时,机器人的采用率将会提高。拥有10名或10名以下员工的制造商一定会派出机器人专家来确保整个设备的有效性,这并非毫无疑问。

机器人技术指南

为了在制造操作中(尤其是在SMM中)增加机器人技术的使用,MEP国家网络的一部分CaTALyst Connection汇集了易于理解的机器人技术指南。它确定了成功探索机器人在制造业中的使用的许多关键。建议包括:

确定资源,包括内部拥护者,以获得所需的支持水平;

确定您的需求或痛点;

优先考虑支持工具

ID制造实例

从小处着手,保持简单

建立业务案例,但一定要考虑到工具,配件和集成复杂性的2到4倍硬件成本。

MEP中心可以提供帮助

对于中小型制造商来说,机器人系统的初始部署可能令人生畏。对于美国企业来说,在专家们一个本地MEP中心随时准备帮助你探索-可能采用-机器人。与他们联系,了解机器人技术如何通过添加新功能来帮助您扩展业务。

关于NIST

美国国家标准技术研究院(NIST)成立于1901年,现隶属于美国商务部。NIST是美国最古老的物理实验室之一。国会成立了该机构,以消除当时对美国工业竞争力的重大挑战-一种落后于英国,德国和其他经济竞争对手的二流测量基础设施。

从智能电网和电子健康记录到原子钟,先进的纳米材料和计算机芯片,无数的产品和服务在某种程度上依赖于美国国家标准技术研究院提供的技术,测量和标准。

如今,NIST测量支持从最小的技术到最大,最复杂的人工创造物-从如此小巧的纳米级设备到数以万计的人发丝都可以安装到抗震的摩天大楼和全球通讯网络中。