2020年08月14日 | 为革命性的机器人掌握静电

通过使用带电的气球使头发悬浮来演示静电是一项经典的科学实验。但是，想象一下，如果您可以利用相同的静电吸附材料来处理像鸡蛋一样脆弱的材料，像柔软的织物一样脆弱的材料，或者以耐心地将耐克运动鞋的鞋帮组装成20倍的速度。机器人初创公司  Grabit孵化器位于加利福尼亚州桑尼维尔的硅谷心脏地带，  它利用Shibaura Machine合作伙伴TM Robotics的静电，机器学习和自动化功能来实现这一目标。

物料搬运是制造过程中劳动强度最大且最昂贵的方面之一，并且当处理多种不同的物料时，该过程无法实现自动化。组装一双耐克鞋需要堆叠和加热多达40件材料才能制成鞋面，即鞋面的柔性部件。对于人工而言，整理材料可能需要20分钟。但是，Grabit的技术使得机器在短短50秒内完成此操作。

尽管Grabit具有令人回味的名称，但它的材料处理发明并没有模仿许多机器人中存在的人类抓握动作。取而代之的是，启动公司利用静电（称为电粘附）来以机器人以前没有的方式处理材料。

电腐蚀的概念是由Grabit的联合创始人兼首席技术和产品官Harsha Prahlad博士在非营利组织SRI International中发现的。该工艺使用电极的平垫在表面上产生正电荷和负电荷。正确充电后，电极会产生几乎粘附在任何表面上的电场，从而使机器人机械手抓取正在处理的零件。

Prahlad和公司目前拥有36项与电胶粘剂相关的单独专利，已颁发，正在申请，已授予和申请的专利总数为75。但是，在确定材料处理量占制造劳动量的60％至80％之后，他决定它应该是他应用该技术的第一个应用程序。自2013年Grabit成立以来，耐克公司对该公司进行了投资，后来成为购买其物料搬运机器人系统Stackit的首批客户之一。借助Stackit，耐克仅需八个小时的班次就可以生产600双鞋。

新系统最终将能够组装精确的图层，例如在耐克鞋面中发现的图层，速度是人类的二十倍。它的投资回报期仅为两年。

Stackit的创建始于2015年夏天，但在制造过程开始之前，该公司需要选择合适的机器人来安装革命性的电粘附式夹具。一位日本电路板制造商的客户曾经看到过Shibaura Machine的机械臂用来安装其中一个夹具的情况，因此Grabit感兴趣的是，该机器人制造商的机器如何被用作Stackit开发的更大部分。

Grabit总裁兼首席执行官Greg Miller解释说：“选择错误的机器人可能会对系统的整个设计产生不利影响。” “我们团队的两名成员已经在机器人设计方面拥有丰富的经验，并且都参与了几款SCARA机器人的开发  。对工业机器人的先前了解使我们能够在与任何制造商联系之前微调我们的要求。”

在选择了少数潜在的机器人制造商之后，Grabit计划进行广泛的测试和选择程序，以检验每个机器人的潜力。Prahlad解释说：“该过程考虑了几个因素。” “由于Stackit的应用非常广泛，我们需要一个具有较大覆盖范围的机器人，而该机器人又不会失去耐克公司所要求的精确材料处理应用（例如耐克的鞋子）所需要的高精度。而且，由于Grabit的电粘附夹具如此之大，因此机器人需要能够承受较大的惯性矩并提供精确旋转的能力。”

尽管最初令人兴奋，但该公司试用的现成的Shibaura Machine机器人仍未达到Grabit的要求。

“达到Stackit的＇快20倍＇的生产率目标在很大程度上取决于夹具的惯性，并确保机器人的稳定时间保持准确。但是机器人还需要足够快地移动，以为客户提供我们想要的周期时间。” Prahlad解释说。“显而易见，没有标准的机器人可以满足我们的每一项要求。”

在具有竞争力的价位上找到可定制的机器人非常困难，但是制鞋和服装行业的制造受成本驱动。加上许多制造国劳动力价格低廉带来的进一步财务压力，Grabit需要一款经济高效的机器人。这是Shibaura Machine在美国和欧洲的分销商TM Robotics在该项目上真正证明其价值的时刻。

“作为一家初创企业，我们需要一个机器人供应商来为我们提供整个过程的支持，而不仅仅是向我们出售产品然后离开，” Miller解释说。“尽管是Shibaura Machine的官方合作伙伴，TM Robotics还可以为规模较小的公司提供细心周到的销售，服务和支持。”

Grabit的要求不寻常。与许多机器人应用程序不同，它不需要很多复杂的运动，并且该公司不需要标准的6轴机器人提供的运动范围。但是，由于Grabit希望使用自己的控制系统来监视整个机器，因此他们需要深入访问底层内部控制代码，并且控制包必须足够小以适合设计中的狭窄空间。

对现成的Shibaura Machine机器人进行了一些调整之后，设备的稳定速度仍然不够快。由于the纸牙的惯性，再加上and纸牙旋转和机器人稳定下来所需的时间，它无法达到公司目标的周期时间。实际上，为了达到Grabit想要的周期时间，该系统内置了一种特殊的变速器。

为了实现这一目标，TM机器人公司将Shibaura Machine的总工程师从其日本总部调到了Grabit在加利福尼亚的基地，更多信息尽在振工链。

Prahlad解释说：“ TM Robotics的支持和定制过程不仅限于电话和电子邮件。” “与Grabit博学多才的机器人工程师合作，他们能够以我们的技术团队能够理解的语言与我们交谈，并允许我们根据自己的确切要求对机器进行微调－很少有机器人公司允许这种程度的个性化。”

“我们与TM机器人团队一起工作，直到达到可以在制造工厂中使用机器人的地步。

Grabit  在Stackit应用中使用了Shibaura Machine的THL1000  SCARA机器人，这是一种具有四个受控轴的卧式多关节机床。THL1000的臂长为1000mm，在THL机器人系列中具有最大的作用范围。允许的惯性矩仅为0．2kg ／ m2，并且由于使用绝对编码器，机器人在XY轴上的重复精度为0．01mm。

作为标准配置，机器人的最大有效载荷为10kg，而总质量为37kg。在2kg的测试负载下，机器的循环时间仅为0．48秒。但是，由于Stackit的特定负载要求，Grabit的定制版本是使用不同的齿轮比创建的，从而提高了负载能力。这项改进与机器的可重复性相结合，确保了它能够满足Grabit夹持器的要求。

自动化贸易展览会和杂志上到处都是类人机器人，这些机器人带有类似手的抓爪，旨在使人类多年来从事的工作实现自动化。但是，直到引入电粘附之前，制造商一直无法使精细材料处理任务自动化。Grabit的电胶夹具将这项技术推向了行业，可以毫无障碍地堆叠皮革，网眼和复合纤维等材料。

TM Robotics首席执行官Nigel Smith解释说：“ Grabit的电粘附技术不仅令人印象深刻，而且具有足够的创新性，我们渴望参与其中。”“ Grabit的专家确切地知道了他们的需求，我们的密切合作导致了一个富有洞察力的试验和精细调整我们现有Shibaura Machine机器人功能的过程。”

到2019年，全球部署的工业机器人数量将增加到260万左右。这比2015年（机器人学的破纪录年）增加了约一百万。Grabit的电附着力部署增加了这些装置的省时和节省资源的潜力，其空前的灵活性为自动化的全新可能性打开了大门－令人印象深刻的东西，用同样的力用气球将头发束提起，同样引人注目，更多信息尽在振工链。