在斯圖加特舉辦的第35屆Motek國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會上，來自全球27個國家，近900家參展商展示了生產(chǎn)和裝配自動化產(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國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會上進(jìn)行展出，并且成為此屆展覽會的展出重點(diǎn)。此外，第10屆Bondex世博會也在同一展出場地同時舉行，Motek國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會和Bondex國際粘結(jié)技術(shù)展覽會組成了一個展出技術(shù)、產(chǎn)品、生產(chǎn)自動化結(jié)構(gòu)件以及靈活性要求高的變形件裝配的博覽會二重唱。特別是向人們展示在輕結(jié)構(gòu)實踐中的應(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
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、動態(tài)和可重復(fù)性地實施作業(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，接下來才是要考慮在自動化生產(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 自動化技術(shù)公司便介紹了接近實際應(yīng)用的技術(shù)解決方案。該企業(yè)不久前提出了一個另類的口號，即人們可在長達(dá)4周的時間內(nèi)不承擔(dān)購買義務(wù)地試用一部機(jī)器人，之后再選擇是退貨還是購買。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)器人的頭一個半天時間內(nèi)為其提供技術(shù)指導(dǎo)。EGS自動化技術(shù)公司今年參展Motek國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會的重點(diǎn)是其Sumo結(jié)構(gòu)系列的4個機(jī)器人成員，這些機(jī)器人有不同的新功能和任選項：其中，Sumo Quatroplex是一個結(jié)構(gòu)緊湊的入門性技術(shù)解決方案;而Sumo Magaplex則是一個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，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，從而可實現(xiàn)擰緊螺栓作業(yè)以及如運(yùn)輸?shù)鹊暮唵巫鳂I(yè)
Motek國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會除了推介機(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國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會上用最小的機(jī)動Flexfellow機(jī)器人來演示人-機(jī)器人-合作( MRK)的優(yōu)勢。
機(jī)器人單元輔助作業(yè)人員完成困難作業(yè)
近年來，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，然后汽車由無人駕駛系統(tǒng)(AGV)提供給下一個作業(yè)點(diǎn)。該技術(shù)解決方案基于多個KUKA設(shè)備的技術(shù)和一臺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，還能夠通過瞬時傳感器進(jìn)行識別，當(dāng)機(jī)器人感受到有人或其他障礙靠近時便停止運(yùn)行。整個工位，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，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，這些部件還必須是較輕的、圓形的且總體上來說必須是安全的。在高級技術(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，如一個客戶專用的機(jī)器人控制裝置、一個螺栓夾緊裝置、一個顯示設(shè)備狀況圖像化信號燈以及一個斷開模塊。KUKA公司高級技術(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，可隨時將其推到新的使用的地方，整個系統(tǒng)由多個單元組成，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：“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)動機(jī)機(jī)組控制裝置的萬能夾具正在進(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 國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會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系列夾具來參加本屆博覽會。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)荷分配到多個平行布置的對稱雙角導(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，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，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)軌采用了一個橢圓活塞驅(qū)動裝置。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)動裝置的PGN plus Elektrisch系列夾具。通過使用一個M8標(biāo)準(zhǔn)連接裝置，可借助于集成的傳感器搜索兩個夾具的位置。中小型企業(yè)(KMU)也可使用Schunk公司研制的PGN系列夾具。對于中小型企業(yè)來說，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快速伺服定位裝置和一個程序可靠的氣動夾具相結(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通過抓緊力來夾緊工件，借助于 RPW夾具系列和IPR混合式平行夾具的IPW夾具系列可氣動式地可靠夾緊重量最大為80?kg的工件。夾具氣動作出反應(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驅(qū)動裝置是作為機(jī)器人控制裝置的一個附加軸集成的，這樣便確保了快速且簡單的交互。帶有附件的混合式平行夾具也可用于執(zhí)行測量和檢驗任務(wù)。
遺憾的是，當(dāng)要夾緊表面敏感的結(jié)構(gòu)件時，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。
圖4 使用進(jìn)一步研發(fā)的Gecomer結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)每25㎡上20kg材料的夾緊，這些材料的重量相當(dāng)于40個平板電腦
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個平板電腦的重量。這樣便可利用一個這樣的夾具來運(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)項目的Karsten Moh解釋說：“人工合成制造、用顯微鏡才能進(jìn)行檢驗的微觀結(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。通過對結(jié)構(gòu)的機(jī)械控制，可實現(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)，所實現(xiàn)的粘著力可達(dá) 8?N/平方厘米。在進(jìn)行此項研究的過程中，該系統(tǒng)能夠承受15?000次附著試驗。”輕度不潔表面也能可靠附著。人們親眼所見的是，該項目的科研人員正在拱形表面上進(jìn)行附著試驗。
Motek國際生產(chǎn)和裝配自動化專業(yè)展覽會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)動控制系統(tǒng)參展。這種開放式外部控制系統(tǒng)相對迄今為止的驅(qū)動集成式PMC primo C型控制系統(tǒng)不同的是，與PMCprotego 5安全卡共同使用，會產(chǎn)生一個可靠的結(jié)構(gòu)緊湊的驅(qū)動技術(shù)解決方案。可以想象的是，該控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍會很廣，也適用于抓取和生產(chǎn)線應(yīng)用，該應(yīng)用由一個存儲器程序化控制裝置(SPS)的控制功能和機(jī)動控制功能組成。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：也就是單個裝有彈簧的挺桿，每個挺桿可與任意輪廓相匹配，這樣便能張緊每個表面。通過工件在挺桿內(nèi)的固定負(fù)影像來張緊下一個外形一致的物體。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)，而且還可以用于臺面作業(yè)。為此，僅需一個螺絲扳手，而該螺絲扳手能夠用于該系統(tǒng)中的所有螺絲。
