协作机器人在工厂自动化中日益增长的作用
机器人在工业领域已经存在了几十年，但技术创新正在推动新一轮的工厂自动化趋势。对于那些负担不起（或不需要）工业机器人的小企业来说，合作机器人和类似合作机器人大小的小机器人的出现将有机会帮助他们将效率和生产力提高到一个新的水平。 与传统工业机器人相比，合作机器人更小、更经济、更容易编程，其灵活性大大提高。现代机器人可以满足快速重新分配任务的需要，以执行新任务或移动到工厂或仓库等不同区域。合作机器人可以配合工作人员进行安全操作，特别适合执行危险或重复的任务，也可以协助工作人员在需要高精度的任务中操作。 因此，合作机器人成为机器人行业增长最快的细分领域之一也就不足为奇了。预计到 2026 年，全球合作机器人的年出货量将超过 47,000 台，远高于 2021 年的 10,000 增长率也将高于工业机器人的预期增长率。 为了更好地满足市场需求，进一步优化合作机器人的设计，TE Connectivity(泰科电子，以下简称“TE”） 长期专注于提高合作机器人的灵活性，降低总成本，提高其安全性和耐久性，实现未来工厂自动化的关键趋势。 协作机器人：一台能够执行多项任务的机器 设计工业机器人的目的是希望它能在几十年内重复同样的任务，而合作机器人必须能够适应各种任务类型。例如，一家公司可能需要与机器人合作，从简单的拾取和放置任务到协助维护具有更高精度要求的机器。 合作机器人设计师面临的挑战是，他们需要创建的机器人手臂不仅可以覆盖不同任务所需的运动范围，还可以控制成本。每次可能的移动都需要一个单独的轴，每个轴都有一套电机、传感器、电缆和连接器——这将导致成本增加。出于这个原因，合作机器人制造商已经形成了对柔性机器人采用标准六轴设计的共识。该结构模拟了人臂的运动范围，使机械臂适用于大多数合作任务。 然而，在这种标准设置中，设计师仍然需要在耐久性、灵敏度和成本之间找到最佳的平衡。例如，旋转变压器（测量旋转角度的系统）成本低，耐久性高，但可能无法提供精细操作所需的精度。另一种极端情况是，光学编码器可以提供更高的精度，但容易损坏，而且价格昂贵。为了帮助更多的客户有机会使用合作机器人，TE提供了这两种选择之间的解决方案——磁性编码器（Magnetic encoder）。它比旋转变压器提供了更高的精度，但比光学编码器更便宜、更耐用。 优化工厂机器人 确保操作人员的安全 根据定义，合作机器人需要与人类合作。它们的安装不需要使用安全笼，可以降低安装成本，减少其在工厂或仓库的占用。但这种结构需要具有其它安全功能，以确保操作人员的安全。 扭矩传感器的进步可以使合作机器人更加安全可靠。扭矩传感器安装在机器人机械臂的每个轴上，用于测量轴电机和变速箱中的机械张力。我们可以通过编程将扭矩保持在一个特定的阈值以下，以便在可能的危险之前自动关闭合作机器人，以避免操作人员或合作机器人机械臂本身的损坏。 随着合作机器人利用率的不断提高，我们预计其他安全功能（如近距离传感器和绝对位置传感器）将得到进一步改进。例如，一系列光学传感器和压力传感器可以在合作机器人周围建造隐形围栏。一旦有人进入合作机器人的工作空间，机器就会减速或立即停止。 确保在恶劣环境下的可靠性 降低停机时间和维护成本对于控制合作机器人的成本非常重要，这也是设计师需要面对的挑战之一，因为合作机器人通常需要在对电子元件和移动元件不友好的环境中工作。灰尘、湿度、油、热、振动和电磁干扰在工厂和仓库环境中非常常见。 因此，TE专门为严格的环境设计了位置和角度传感器等元件。然而，设计师很容易忽略其他对协作机器人保持可靠性至关重要的部件，如电缆和连接器。 电缆和连接器，如传感器和电机，通常安装在合作机器人机械臂内。但即使有了这层保护，仍然有必要使用专门设计的工业电缆组件。在实现每个机械臂关节所需的运动范围的同时，机械臂在执行重复任务时可以避免任何不必要的运动。 当任务涉及到协调臂端工具和传感之间的变化时，连接变得更加困难。通常需要在协作机器人机械臂的末端安装一套新的工具，包括夹子、传感器、摄像头和灯。除了协作机器人机械臂保护外，每个元件都需要电源和数据连接。。 由于适应性是合作机器人的主要优势之一，我们致力于帮助设计师在保证功能的前提下降低布线和连接的复杂性。我们正在开发在单个电缆中结合电源和数据连接的解决方案，如单对以太网 (SPE)。这种单根电缆可以为任何臂外围设备提供足够的功率和数据传输速率 帮助未来的工厂结构 就在几年前，合作机器人仍处于应用不成熟或价格过高的困境中，现在它们的兴起已经将自动化水平提升到了一个新的高度。合作机器人可以帮助制造商优化生产流程，实现更高的效率和灵活性，而不是人工执行更多的任务。 未来，我们将看到模块单元配置制造车间可以实现离散任务或定制过程之间切换的灵活性。此外，无线连接技术的进步将有助于工厂监控和分析每个半自动单元的生产情况。同时，人工智能和机器学习的不断发展也将有助于与机器人合作，更快地学习新任务。 工厂自动化水平的提高可以满足制造商在速度、效率和定制方面不断增长的需求，也可以帮助制造商应对其他挑战，包括持续的劳动力短缺。虽然从半自动生产到完全自动化的发展仍需要一定的时间，但合作机器人与无缝连接和智能技术的结合将是实现这一目标的唯一途径。
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