在現(xiàn)代化的智能工廠中，人類與機(jī)器人進(jìn)行協(xié)作已成為不可或缺的現(xiàn)實。成功的人機(jī)交互是面向未來制造的關(guān)鍵。但怎樣在這樣的制造場景中保護(hù)操作人員的安全，并使得協(xié)作機(jī)器人高效運行，是工廠需要面對的挑戰(zhàn)之一。

增材制造精益生產(chǎn)服務(wù)商裕克施樂（OECHSLER）與巴斯夫3D打印解決方案 Forward AM，通過3D打印技術(shù)為Kuka iiwa 協(xié)作機(jī)器人開發(fā)了一種3D打印“皮膚”。這一全新的解決方案，使人類和協(xié)作機(jī)器人能夠安全的共享工作空間，并進(jìn)一步優(yōu)化了工廠的人機(jī)協(xié)作生產(chǎn)效率。



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

裕克施樂

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兼顧安全與效率

/挑戰(zhàn)

協(xié)作機(jī)器人（簡稱：cobots）越來越多地出現(xiàn)在制造業(yè)中，它們在共享區(qū)域與人類一起工作。在人機(jī)協(xié)作工廠中，避免協(xié)作機(jī)器人和人類同事發(fā)生碰撞，確保生產(chǎn)安全是至關(guān)重要的。

通常，人機(jī)協(xié)作工廠中的安全防護(hù)是通過內(nèi)置光學(xué)傳感器來實現(xiàn)的。這些傳感器會在發(fā)生意外接觸時使協(xié)作機(jī)器人立即停止工作，每當(dāng)有工人進(jìn)入警告區(qū)域時，系統(tǒng)會將其速度降至最低，如果人繼續(xù)靠近，則系統(tǒng)停止，直到人離開后，系統(tǒng)才會加速回到全速。然而，這會導(dǎo)致協(xié)作機(jī)器人的處理速度受到高度限制，從而導(dǎo)致制造工廠的成本增加，生產(chǎn)效率降低。

為了實現(xiàn)機(jī)器人對靠近工人的反應(yīng)，需要根據(jù)機(jī)器人的任務(wù)、它們與工人之間具體合作方式，以及它們在工廠中的實際位置進(jìn)行編程。這就意味著，當(dāng)協(xié)作機(jī)器人需要被部署在其他工作站時，或者需要執(zhí)行不同的任務(wù)時，都必須調(diào)整編程。這種方式限制了協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)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(jī)器人安全地協(xié)作，又能夠使機(jī)器人始終保持高效運行呢？

/3D打印“皮膚” RoboSkin

巴斯夫Forward AM與裕克施樂通過增材制造-3D打印技術(shù)，為協(xié)作機(jī)器人開發(fā)了一種薄而具有高減震性的第二層“皮膚” RoboSkin，用來包裹在協(xié)作機(jī)器人的關(guān)節(jié)周圍。

裕克施樂制造第二層“皮膚”時，采用的材料為Forward AM開發(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(shè)備（Multi Jet Fusion） 。



▲ 用于 Kuka iiwa機(jī)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陣結(jié)構(gòu)，其材料為Ultrasint TPU01。

裕克施樂

3D打印的“皮膚”具有柔性的、個性化的晶格點陣結(jié)構(gòu)。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(jī)器人3D打印“皮膚”所具有的獨特晶格結(jié)構(gòu)，為協(xié)作機(jī)器人帶來了獨特的附加價值：

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

這層3D打印晶格點陣“皮膚”就像阻尼器一樣，吸收協(xié)作機(jī)器人的碰撞力和壓力，可以使協(xié)作機(jī)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打印晶格點陣“皮膚”具有良好的透氣性，能夠防止協(xié)作機(jī)器人熱量積聚。作為隔離層，它可以將機(jī)器人的管路、電線覆蓋起來，在工作時不會限制機(jī)器人的運動。

這樣一個能夠為協(xié)作機(jī)器人用戶帶來附加價值的“皮膚”，其背后的核心技術(shù)在于增材制造的晶格點陣結(jié)構(gòu)。



▲為機(jī)器人軸4開發(fā)的3D打印晶格點陣“皮膚”

裕克施樂

3D打印“皮膚” 的點陣結(jié)構(gòu)可以根據(jù)機(jī)器人的功能需求進(jìn)行設(shè)計，得益于3D打印在復(fù)雜、定制化產(chǎn)品柔性制造方面的優(yōu)勢，快速且經(jīng)濟(jì)高效地適應(yīng)各種協(xié)作機(jī)器人類型。

正如在挑戰(zhàn)中所談到的問題，在生產(chǎn)車間中，協(xié)作機(jī)器人通常被部署在不同的工作站。而3D打印“皮膚”RoboSkin無需拆卸、重新組裝和重新校準(zhǔn)機(jī)器人，就夠發(fā)揮作用，這將節(jié)省工廠的時間和成本。

3D打印“皮膚”RoboSkin， 用看似非常簡單的解決方案解決了協(xié)作機(jī)器人工廠中的一個復(fù)雜問題，使最終用戶能夠優(yōu)化人機(jī)協(xié)作的生產(chǎn)效率。

/從增材制造精益生產(chǎn)源頭，提升品牌價值

在3D打印“皮膚”設(shè)計中所運用的晶格點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一種典型的面向增材制造的設(shè)計。晶格設(shè)計往往擁有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，而制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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，可以說晶格設(shè)計與增材制造的絕妙組合將給產(chǎn)品帶來獨特的創(chuàng)新性。

裕克施樂在這方面已積累了實現(xiàn)大批量精益生產(chǎn)的應(yīng)用經(jīng)驗。裕克施樂從運動鞋中造切入到了3D打印市場，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(jié)構(gòu)設(shè)計與這類結(jié)構(gòu)的增材制造（3D打印）批量生產(chǎn)領(lǐng)域走在業(yè)界前列。裕克施樂通過位于德國、美國和中國（太倉）的生產(chǎn)基地，已經(jīng)生產(chǎn)了超過200萬個3D打印零件。延伸閱讀：小點陣、大洞天，一文洞悉3D打印為緩沖、防護(hù)產(chǎn)品創(chuàng)造新機(jī)遇的精益之道

裕克施樂有針對性地細(xì)化用戶對于產(chǎn)品創(chuàng)新的需求，利用晶格點陣設(shè)計擁有的獨特設(shè)計靈活性，達(dá)到用戶產(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值。