支撑生产制作行业的工业用机器人

从薄板的点焊到厚板的电弧焊型机器人为止焊接机器人

在考案也被称作为控制器的手腕式机器人时,虽讨论了多种多样的用途,但焊接机器人最终普及全世界。其中最大的理由为,焊接这一操作的高热度与有害的紫外线,还有伴随蒸发后变成粉尘的高难度金属操作,需要具有娴熟技巧的行家,可是却长期缺少这类人才。

焊接则分为几种类型,在汽车生产中最重要的工程为点焊与电弧焊接。

焊接是压焊方法中的一种,通过将两枚母材边压边施加热量与压力来焊接。由于也会使用到电流流出时产生的电阻热,所以被称作为电阻焊。最适合焊接3毫米以下的钢板,在汽车肢体制作中是绝对不可缺少的。手腕处装置了焊接抢的点焊机器人可以在各种地方操作,沿着生产线工作的景观非常精彩。此外,目前汽车工厂内的焊接操作的九成以上都由机器人完成。

电弧焊接是利用电极间的放电(电弧放电)所产生的火花熔融和焊接金属的方法。由于可以焊接厚板,在战前多数使用在大型轮船制造。战后的用途逐渐扩展至建设机械及铁骨框的焊接,还在汽车产业中的框甲及悬架零件等需要巨大力量焊接的部分发挥了巨大本领。也是大型机械与建筑物制作绝对不可缺少的焊接方法。

此外,焊接机器人不会单单使用在主机,也会使用在各种周边机器中。也就是说活跃在生产线上的机器人只是自动焊接统合系统中的一部分而已。此后若将这些系统经验活用在其它机器人导入项目中,则工业用机器人在项目中的应用值得期待。

要点BOX
●严峻的焊接操作需机器人
●焊接压榨机材后肢体部位点焊
●焊接机架等的电弧焊接

金属焊接法分类


点焊机器人


电弧焊接机器人

以“面”为单位进行作业,条件是完成以后没有斑点,质地均等。喷涂机器人

喷涂机器人是在熔接机器人的实用性基础上延伸而来的。在涂装过程中,虽然不需要像焊接作业那样细微的位置控制,但是在可燃性溶剂扩散的环境下,电器产品产生的火花可能会发生爆炸或火灾事故,所以机器人的防爆处理的必须性变得异常重要。这也是涂装机器人今后的发展的一大课题。因为解决了这样的难题,涂装机器人也有质的飞跃。

汽车制造工厂最初导入的焊接机器人是通过“点”来正确获取熔接位置。然后点与点之间一边移动一边持续作业。而后开发的电弧焊接机器人为了能够持续熔接,必须沿着根据连接点的不同形状形成的“线”来移动。当然,除了移动的痕迹之外,根据工作的进行情况来随时调整移动速度也是必不可少的。因此,针对机器悬臂的轻量化等问题,也下了很大的工夫。

接下来的阶段就是以“面”为单位进行移动的喷涂机器人。因此,高度的动作机制和控制技术是必不可少的。

面向汽车制造开发的大型喷涂机器人,缩小规模之后,现在的手机等电子设备的喷涂还在利用。喷涂工作时候涂料会到处飞溅,原本对人来说就是危险的,所以机器人的导入是必然趋势。

很早之前就有很多大的厂商致力于以汽车制造业为中心的大型喷涂机器人的研发与销售,新厂商想要分一杯羹是很难的。但是,最近以小型喷涂机器人做为主要项目的制造商如雨后春笋般层出不穷,活跃在市场中。对手机和家电等小型多色涂装的需求在不断扩大,喷涂机器人今后的发展空间还很大很大。

要点BOX
●喷涂机器人的防暴处理不可或缺。
●喷涂机器人的焊接的动作由“点”扩大到“面”。
●喷涂机器人的利用,从汽车业开始已经扩大到电子电气设备。

从熔接机器人到喷涂机器人


“点”熔接机器人


电弧熔接机器人


喷涂机器人

汽车或者新干线的涂装样式


汽车的涂装


新干线的涂装

完美实现去毛刺、研磨等精细作业的加工机器人

对材料进行切割或者削减以后会在边角部分出现叫做毛刺的东西。为了达到预先设计好形状,提高机器的精细度,用锉刀等去毛刺的工序是必不可少的。这些修边、研磨、R面切削等加工工艺都被称作为“加工作业”

以前,一盘情况下是通过熟练的工作人员来完成相关作业的。虽然大部分的研磨是可以通过加工厂的自动机床来完成的,但是到最后还是需要人工来进行微妙的力量调整。但是,考虑到制造业整体人手不足这一问题,所以在这个领域导入机器人也被注入了很大的期待。

因此,在这个领域开发出来的技术是通过力量传感进行精细作业的控制技术。在作业中通过感知到的物体的反作用力,对锉刀等工具施加的压力进行细致的调节来再现技术工人的技术。

为了进一步提高作业的精准度,在和图像处理技术联合上下了工夫。实时监控作业场所,及时发现去刺不完全,研磨不到位等相关问题,随时监测作业情况,根据工作的进展在适当的时机停止等措施,可以达到在0.05毫米精度下完全去除毛刺。

另外,机械臂的旋转轴方向如果相同的话,误差不断累积后,机械臂尖端的抖动会变大,又或者导致轴线方向的刚性变低,针对以上问题对机器人进行改修的厂商也有存在。加工机器人的开发对于机器人精度改善大幅提高上多少有一定的贡献。这意味着在机器人史上添加了一页革新的技术开发。

要点BOX
●在零部件完成时,去毛刺和研磨等工序是必不可少的
●加工工序需要复杂的细致的动作
●力量传感器,图像的联动等新技术

精密加工机器人的系统构成例

资料提供:IHI

加工机器人和图像处理的联合

资料提供:中部经济产业局

为了可以实现与人类共同进行组装作业而导入的机器人的课题组装机器人

汽车生产中最复杂的工序—组装工程(主要是舾装)中,也引进了机器人。例如丰田汽车,窗口玻璃的安装和备份轮胎的配备等,都活用了利用机器人技术。

组装作业机器人化还面对着最大的两大难题。第一个是复杂细致而又多样化工作,如何能够让机器人完美再现。这一点,恰好可以通过日本最擅长的自动装配组立等技术来引导解决。

除此之外另一个难题是指人与机器人的协调合作。汽车制造厂的组装线,工作人员将每个经过的车体进行一个一个的零件安装。因此这部分的作业必须要机器人与工作人员协调合作完成,但是工作人员的工作区与焊接喷涂机器人的活动区用栅栏很难隔开。(并不是完全不能实现,但会导致生产线变长,生产效率降低)。

于是,开始进行“可以与人类协同合作的机器人”的开发。然而,即使是简单的合作,为了确保工作人员的安全,还有许多的技术难题需要我们不断去探索解决。

例如,“对进入作业中机器人的活动区域内的人的监测功能”和“人与机器人的状态以及距离的识别功能”,“工作中的机器人撞人的时候马上停止检测等紧急避难功能”等等。需要加强对各种突发事件的应对能力。另外对于传感器的故障的多重化假设也是很有必要的。

另外,工作内容的不同遇到的危险也会不同。所以根据各自工作内容进行的风险评估(危险性分析评估的方法)是十分有必要的。

要点BOX
●组装作业也引进了机器人
●为了使作业更有效率,条件是人和机器人协同作业
●微弱的力量来移动,若发生撞击的必须懂得躲避

人与机器人协同作业的课题以及解决方案的例子

对进入作业中机器人的活动区域内的人的监测功能


人与机器人的接近程度和距离的确认


当作业中的机器人撞到了人的时候,
马上进行监测并实施紧急停止等退避措施。

负责材料搬运的码垛机器人搬运·运输机器人

所有的工业产品都是遵循着生产线,在一个流水线移动到另一个流水线的过程中完成的。在这期间,负责搬送运输的码垛机器人是不可或缺的。

短距离的搬运,例如在同一台机器的内部改变零件的位置或者角度,或者移动到旁边机器上等,可以通过机器人的机械臂直接实现。虽然不能象传送带一样进行大规模搬运,但是可以在有高低差的地方进行简单的移动,在工厂里经常可以看到这些景象。

在有距离的搬运情况下会配置传送带,机器人的工作就是放,取传送带上的产品。因为通过传感器可以选择特定的零件,所以复数流水线可以共同使用同一个传送带。另外,可以直接搬运承载着机器人的推车,也可以使用被称作吊运机器人的直角坐标机器人。

码垛机器人是专门从事搬送工作的机器人。码垛(palletizing)这个单词是从工厂或仓库等装载货物的台“码垛台”而来的,用前铲等工具高效率搬运物品的方法的「摆放方法」的重要性不言而喻。

码垛机器人主要职能就是「码垛」,比方说把纸箱按照规定好的模型无缝隙堆放,自动判断货物的大小或者重量进行整齐摆放。码垛机器人的这些出色的功能,也好像应用在传送带上进行装箱包装作业上。

另外,被叫做物流最高的工作效率的材料搬运(material handling),主要是搬送·运输用机器人作为材料搬运机器人的一个分类。

要点BOX
●在生产线搬运工作中,机器人大显身手
●通过传感器自动处理
●高效率装卸货物的码垛机器人

码垛机器人工作时的样子

码垛系统


包装系统


卸垛系统