工業(yè)機器人怎樣與人安全、高效協(xié)作？3D打印“皮膚”給出高附加

在現代化的智能工廠(chǎng)中，人類(lèi)與機器人進(jìn)行協(xié)作已成為不可或缺的現實(shí)。成功的人機交互是面向未來(lái)制造的關(guān)鍵。但怎樣在這樣的制造場(chǎng)景中保護操作人員的安全，并使得協(xié)作機器人高效運行，是工廠(chǎng)需要面對的挑戰之一。

增材制造精益生產(chǎn)服務(wù)商?？耸?lè )（OECHSLER）與巴斯夫3D打印解決方案 Forward AM，通過(guò)3D打印技術(shù)為Kuka iiwa 協(xié)作機器人開(kāi)發(fā)了一種3D打印“皮膚”。這一全新的解決方案，使人類(lèi)和協(xié)作機器人能夠安全的共享工作空間，并進(jìn)一步優(yōu)化了工廠(chǎng)的人機協(xié)作生產(chǎn)效率。



▲ 安裝了3D打印“皮膚”RoboSkin的協(xié)作機器人 Kuka iiwa

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兼顧安全與效率

/挑戰

協(xié)作機器人（簡(jiǎn)稱(chēng)：cobots）越來(lái)越多地出現在制造業(yè)中，它們在共享區域與人類(lèi)一起工作。在人機協(xié)作工廠(chǎng)中，避免協(xié)作機器人和人類(lèi)同事發(fā)生碰撞，確保生產(chǎn)安全是至關(guān)重要的。

通常，人機協(xié)作工廠(chǎng)中的安全防護是通過(guò)內置光學(xué)傳感器來(lái)實(shí)現的。這些傳感器會(huì )在發(fā)生意外接觸時(shí)使協(xié)作機器人立即停止工作，每當有工人進(jìn)入警告區域時(shí)，系統會(huì )將其速度降至最低，如果人繼續靠近，則系統停止，直到人離開(kāi)后，系統才會(huì )加速回到全速。然而，這會(huì )導致協(xié)作機器人的處理速度受到高度限制，從而導致制造工廠(chǎng)的成本增加，生產(chǎn)效率降低。

為了實(shí)現機器人對靠近工人的反應，需要根據機器人的任務(wù)、它們與工人之間具體合作方式，以及它們在工廠(chǎng)中的實(shí)際位置進(jìn)行編程。這就意味著(zhù)，當協(xié)作機器人需要被部署在其他工作站時(shí)，或者需要執行不同的任務(wù)時(shí)，都必須調整編程。這種方式限制了協(xié)作機器人的應用靈活性與便利性。

那么，有什么方式能夠使工人和協(xié)作機器人安全地協(xié)作，又能夠使機器人始終保持高效運行呢？

/3D打印“皮膚” RoboSkin

巴斯夫Forward AM與?？耸?lè )通過(guò)增材制造-3D打印技術(shù)，為協(xié)作機器人開(kāi)發(fā)了一種薄而具有高減震性的第二層“皮膚” RoboSkin，用來(lái)包裹在協(xié)作機器人的關(guān)節周?chē)?br/>
?？耸?lè )制造第二層“皮膚”時(shí)，采用的材料為Forward AM開(kāi)發(fā)的Ultrasint TPU01 熱塑性聚氨酯粉末，3D打印技術(shù)為惠普 HP 5200 系列多射流熔融設備（Multi Jet Fusion） 。



▲ 用于 Kuka iiwa機器人軸2和軸3的3D打印“皮膚”，圖中可以清晰的看出晶格點(diǎn)陣結構，其材料為Ultrasint TPU01。

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3D打印的“皮膚”具有柔性的、個(gè)性化的晶格點(diǎn)陣結構。Ultrasint TPU01 熱塑性聚氨酯粉末這種彈性材料適合生產(chǎn)需要高減震性和出色柔韌性的零件。而協(xié)作機器人3D打印“皮膚”所具有的獨特晶格結構，為協(xié)作機器人帶來(lái)了獨特的附加價(jià)值：

首先是3D打印“皮膚”所具有的緩沖保護功能，為與機器人進(jìn)行協(xié)作的工人提供了保護，降低他們受傷的風(fēng)險。

這層3D打印晶格點(diǎn)陣“皮膚”就像阻尼器一樣，吸收協(xié)作機器人的碰撞力和壓力，可以使協(xié)作機器人的速度提高150%，這使得制造商的生產(chǎn)力得到提高。

此外，3D打印晶格點(diǎn)陣“皮膚”具有良好的透氣性，能夠防止協(xié)作機器人熱量積聚。作為隔離層，它可以將機器人的管路、電線(xiàn)覆蓋起來(lái)，在工作時(shí)不會(huì )限制機器人的運動(dòng)。

這樣一個(gè)能夠為協(xié)作機器人用戶(hù)帶來(lái)附加價(jià)值的“皮膚”，其背后的核心技術(shù)在于增材制造的晶格點(diǎn)陣結構。



▲為機器人軸4開(kāi)發(fā)的3D打印晶格點(diǎn)陣“皮膚”

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3D打印“皮膚” 的點(diǎn)陣結構可以根據機器人的功能需求進(jìn)行設計，得益于3D打印在復雜、定制化產(chǎn)品柔性制造方面的優(yōu)勢，快速且經(jīng)濟高效地適應各種協(xié)作機器人類(lèi)型。

正如在挑戰中所談到的問(wèn)題，在生產(chǎn)車(chē)間中，協(xié)作機器人通常被部署在不同的工作站。而3D打印“皮膚”RoboSkin無(wú)需拆卸、重新組裝和重新校準機器人，就夠發(fā)揮作用，這將節省工廠(chǎng)的時(shí)間和成本。

3D打印“皮膚”RoboSkin， 用看似非常簡(jiǎn)單的解決方案解決了協(xié)作機器人工廠(chǎng)中的一個(gè)復雜問(wèn)題，使最終用戶(hù)能夠優(yōu)化人機協(xié)作的生產(chǎn)效率。

/從增材制造精益生產(chǎn)源頭，提升品牌價(jià)值

在3D打印“皮膚”設計中所運用的晶格點(diǎn)陣結構設計，是一種典型的面向增材制造的設計。晶格設計往往擁有復雜的幾何結構，而制造復雜的結構恰好是增材制造技術(shù)在工業(yè)制造中的競爭優(yōu)勢之一，可以說(shuō)晶格設計與增材制造的絕妙組合將給產(chǎn)品帶來(lái)獨特的創(chuàng )新性。

?？耸?lè )在這方面已積累了實(shí)現大批量精益生產(chǎn)的應用經(jīng)驗。?？耸?lè )從運動(dòng)鞋中造切入到了3D打印市場(chǎng)，注重先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng )新與研發(fā)，在面向增材制造的晶格結構設計與這類(lèi)結構的增材制造（3D打?。┡可a(chǎn)領(lǐng)域走在業(yè)界前列。?？耸?lè )通過(guò)位于德國、美國和中國（太倉）的生產(chǎn)基地，已經(jīng)生產(chǎn)了超過(guò)200萬(wàn)個(gè)3D打印零件。延伸閱讀：小點(diǎn)陣、大洞天，一文洞悉3D打印為緩沖、防護產(chǎn)品創(chuàng )造新機遇的精益之道

?？耸?lè )有針對性地細化用戶(hù)對于產(chǎn)品創(chuàng )新的需求，利用晶格點(diǎn)陣設計擁有的獨特設計靈活性，達到用戶(hù)產(chǎn)品所需的功能，性能等要求，并為產(chǎn)品品牌方提升品牌價(jià)值。