智能機(jī)器人的應(yīng)用趨勢(shì)近幾年一直持續(xù)上升。從全球范圍來看，2017工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)總體市場(chǎng)規(guī)模約140億美元，并預(yù)計(jì)于2025年家具制造領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到90億美元。
01機(jī)器人在家居行業(yè)用的咋樣？
近幾年來，智能制造產(chǎn)業(yè)格局最為明顯的變化：一方面以批量生產(chǎn)企業(yè)等傳統(tǒng)家居業(yè)績下滑趨勢(shì)明顯，面臨著洗牌、倒閉、破產(chǎn)的現(xiàn)象；另一方面，由于人們對(duì)于個(gè)性化的追求，定制家居市場(chǎng)正在不斷崛起。
機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，它的發(fā)展是多學(xué)科與多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成，涉及機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等。未來機(jī)器人融入的家具智能制造必將會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)格局變化帶來影響。
所謂以人工智能為輔助實(shí)現(xiàn)定制家具制造過程，就是在生產(chǎn)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析客戶要求，從大數(shù)據(jù)中提煉產(chǎn)品相關(guān)信息，將信息傳輸?shù)綑C(jī)器人智能設(shè)備中，滿足從家具定制設(shè)計(jì)到加工制造（開料、噴涂、封邊等等）以及物流分揀和售后服務(wù)各個(gè)方面的需求。
據(jù)了解，我國家具企業(yè)只有年產(chǎn)值達(dá)到5000萬至上億的情況下才有能力在生產(chǎn)設(shè)備中加大投入來提高生產(chǎn)效率。企業(yè)總體規(guī)模越小，接受客戶訂單越少，無法形成滿足大規(guī)模生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)資源。企業(yè)利潤小，更沒有多的資金投入到引進(jìn)機(jī)器人設(shè)備中。
02機(jī)器人在家具生產(chǎn)的具體應(yīng)用
02-1碼垛
碼垛技術(shù)是實(shí)現(xiàn)定制家具行業(yè)物流領(lǐng)域自動(dòng)化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。碼垛機(jī)械手作為末端執(zhí)行器對(duì)碼垛行為的完成至關(guān)重要。碼垛機(jī)器人在完成碼垛作業(yè)的過程中，涉及視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。
例如，發(fā)那科機(jī)器人公司生產(chǎn)的新型高速的FANUC碼垛機(jī)器人——垛-410iB/140H，具有運(yùn)動(dòng)范圍廣，搬運(yùn)速度快等特點(diǎn)，可負(fù)載重達(dá)700kg的超重貨物靈活作業(yè)，結(jié)合碼垛夾具和人性化的編程軟件，以此實(shí)現(xiàn)碼垛作業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，如下圖所示。
▲碼垛機(jī)器人
02-2分揀
在整個(gè)定制家具制造行業(yè)中使用最廣泛的機(jī)器人就是分揀機(jī)器人手臂，通過掃描每個(gè)板件上帶有的獨(dú)特的二維碼進(jìn)行分析，采用視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)，首先對(duì)工件或材料進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定輸送帶上的工件或材料位置。
并通過圖像匹配技術(shù)的應(yīng)用對(duì)工件或材料進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過工件識(shí)別和工件定位對(duì)所拍攝的圖片進(jìn)行分析，從而準(zhǔn)確的進(jìn)行分揀，實(shí)現(xiàn)了不同板件依次分類。對(duì)降低人工出錯(cuò)率、提高生產(chǎn)效率、加快物流運(yùn)轉(zhuǎn)、減少生產(chǎn)時(shí)間影響重大。
如下圖所示，川崎機(jī)器人公司生產(chǎn)的CX系列機(jī)器人——六軸CX110L機(jī)器人。這款機(jī)器人裝配有大型中空結(jié)構(gòu)手臂，可以輕松地實(shí)現(xiàn)高速度、緊湊化的物料分揀和搬運(yùn)等多種工序。其可負(fù)載110kg，伸展距離可達(dá)2699mm，其工作效率相當(dāng)于6個(gè)工人的效率，是發(fā)展無人化工廠中必不可少的一部分。
▲六軸分揀機(jī)器人
02-3搬運(yùn)
產(chǎn)品訂單較多，且板件較重，想要搬運(yùn)板件至相應(yīng)的位置需要大量人力，這使得本就不寬敞的生產(chǎn)車間顯得更加擁擠混亂，大大加劇了安全隱患。不少公司開始用小巧靈活、承載力強(qiáng)的機(jī)器人來代替人工搬運(yùn)。歐姆龍機(jī)器人公司生產(chǎn)的LD系列移動(dòng)機(jī)器人，如下圖。
▲移動(dòng)機(jī)器人
通過GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自主導(dǎo)航，提高生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化物流操作。不僅把人工失誤降到最低，而且也使物料具有可追溯性從而提高了工作效率。通過超聲波感應(yīng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主規(guī)避。
該公司提供的一種車載激光定位技術(shù)使機(jī)器人能夠適應(yīng)復(fù)雜的車間環(huán)境，完全符合安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)安全交互。
02-4打磨
利用機(jī)器人進(jìn)行家具打磨的工序一方面減少了人力時(shí)間的輸出，提高了生產(chǎn)效率。另一方面機(jī)器人打磨技術(shù)的運(yùn)用改善了傳統(tǒng)的打磨工序中灰塵、噪音等各種擾人的情況。同時(shí)也使得打磨的工序更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、便捷化。
一種機(jī)器人末端執(zhí)行器的全自動(dòng)快換裝置，首先根據(jù)快換裝置的使用要求和關(guān)鍵性能，進(jìn)行快換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；然后采用有限元仿真對(duì)快換結(jié)構(gòu)的兩個(gè)典型工況進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果表明最大Mises應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，符合強(qiáng)度要求。該快換裝置無須額外動(dòng)力進(jìn)行裝配，且具有一定彈性，使機(jī)器人打磨家具時(shí)能更好地貼合打磨表面，提高打磨效果，如下圖所示。
▲機(jī)器人打磨轉(zhuǎn)換器
03機(jī)器人在家具生產(chǎn)需要哪些技術(shù)
03-1自動(dòng)化生產(chǎn)過程
定制家具智能生產(chǎn)運(yùn)用是由智能倉庫、智能機(jī)器人設(shè)備、智能物流系統(tǒng)、智能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備等柔性生產(chǎn)線組成，比如索菲亞家居公司的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，如下圖所示。
▲定制家具智能制造生產(chǎn)流程
03-2系統(tǒng)技術(shù)
定制家具制作零件的復(fù)雜性，對(duì)生產(chǎn)流程的管理難度增大，所以必須應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)管理執(zhí)行系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)從客戶到計(jì)算機(jī)到機(jī)器人再到客戶的過程，準(zhǔn)確合理的配備資源，提高生產(chǎn)效率。
定制家具制造業(yè)應(yīng)對(duì)客戶需求大，尤其對(duì)于大企業(yè)來說，需要處理的信息繁多。為確保企業(yè)連接工廠與客戶信息化管理和已有大數(shù)據(jù)信息的集成，實(shí)現(xiàn)定制家具在整體生產(chǎn)的綜合管理和滿足各個(gè)工位分布生產(chǎn)的產(chǎn)品跟蹤，應(yīng)做到以MES系統(tǒng)為核心的智能制造執(zhí)行系統(tǒng)，如下圖所示。
▲MES核心系統(tǒng)流程圖
03-3技術(shù)人員
在定制家具制造業(yè)完成從“制造”向“智造”的轉(zhuǎn)變過程中，工廠中的員工也要完成“制造者”向“智造者”升級(jí)。我們所要實(shí)現(xiàn)的“無人工廠”并不是空無一人，而是讓勞動(dòng)者從體力和簡(jiǎn)單手工技術(shù)操作中解放出來，利用科學(xué)技術(shù)和所受高等教育的知識(shí)來管理機(jī)器人實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。
04寫在最后
智能時(shí)代為家具制造業(yè)發(fā)展提供新的起點(diǎn)和新的契機(jī)。目前機(jī)器人在定制家具生產(chǎn)中的應(yīng)用仍有很大的發(fā)展空間。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)技術(shù)的研究與開發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)管理充分連接機(jī)器人在每一道加工工序中的應(yīng)用。充分借助于我國龐大完整的工業(yè)體系和市場(chǎng)基礎(chǔ)，爭(zhēng)取在第4次工業(yè)革命中占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。
作者/盧希珍編輯/言朢
盧希珍，彭文文.定制家具生產(chǎn)過程中機(jī)器人的應(yīng)用研究[J].家具
關(guān)鍵詞/機(jī)器人智能制造