美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）正在支持中小型制造商（SMM），研究如何使機(jī)器人系統(tǒng)更容易編程和使用，以及開發(fā)新型抓取和操縱技術(shù)。

制造業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在走一條與機(jī)械加工和固定自動化系統(tǒng)類似的創(chuàng)新之路。雖然投資回報率最容易用效率和成本節(jié)約來衡量，但制造商也在尋找機(jī)器人技術(shù)來幫助他們解決運(yùn)營中的痛點(diǎn)，創(chuàng)造新的機(jī)會。例如，更有效地連接流程或減少外包功能的需求。

中小型制造商(SMMs)使用機(jī)器人技術(shù)的增長路徑越來越注重應(yīng)用和附加功能，而不僅僅是效率和持續(xù)改進(jìn)。增加SMMs采用機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵是使機(jī)器人更容易使用和重復(fù)使用。具體來說，機(jī)器人的采用取決于機(jī)器人是否具有更像人類的靈巧性和自我控制能力。

讓機(jī)器人更容易使用

Bots_For_Small_Mfg為了更好地支持中小型制造商，NIST的科學(xué)家和工程師，特別是NIST實(shí)驗(yàn)室，正在努力縮小尖端技術(shù)和目前部署在許多制造車間的技術(shù)之間的巨大差距。這種差距主要是由于缺乏必要的測量科學(xué)來驗(yàn)證和確認(rèn)新興的研究，從而減少采用的猶豫和風(fēng)險。

NIST智能系統(tǒng)部門的優(yōu)先事項(xiàng)之一是推進(jìn)抓取、操縱和安全性能，這將使SMM能夠有效地部署機(jī)器人解決方案。這項(xiàng)工作包括性能指標(biāo)、測試方法和相關(guān)的測量工具，可以成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該研究通過關(guān)注以下幾個方面來推進(jìn)制造業(yè)中的機(jī)器人技術(shù)。

更好的可重復(fù)性，使機(jī)器人能夠在X,Y,Z坐標(biāo)系空間內(nèi)可靠地進(jìn)行運(yùn)動和動作。

更容易使用的人機(jī)界面（HMI），讓操作人員對任務(wù)進(jìn)行編程并與機(jī)器人進(jìn)行互動。

新設(shè)計的抓手可以實(shí)現(xiàn)更精確的、類似于人類的動作；及更好的安全性和環(huán)境意識。

現(xiàn)在進(jìn)入車間的進(jìn)步之一是手持式HMI設(shè)備中的軟件，它可以將人類的坐標(biāo)參考（右/左，向/遠(yuǎn)）轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的笛卡爾X、Y、Z坐標(biāo)。這使得操作者可以更容易地對協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行編程。利用人機(jī)界面進(jìn)行編程的改進(jìn)，使得一些機(jī)器人可以由焊工進(jìn)行編程，焊工可以為有關(guān)工藝的動作和行動建模。

下一代機(jī)器人裝配

制造業(yè)早期采用機(jī)器人技術(shù)的重點(diǎn)是不需要特殊技能或提供附加值的重復(fù)性任務(wù)。例子包括碼垛、裝貨/卸貨、材料處理和裝箱（圖1）。

Figure 1:The most popular robotic applications by usage.

目前，裝配作業(yè)只占機(jī)器人應(yīng)用的2%，不過NIST研究人員和行業(yè)專家認(rèn)為，隨著操縱技術(shù)的提高，裝配作業(yè)在SMM中的廣泛應(yīng)用大有可為?？赡軘U(kuò)大裝配工作的領(lǐng)域包括：

1、連接電氣元件

2、穿線和插入緊固件；

3、線路布線

機(jī)器人裝配面臨的挑戰(zhàn)之一是在執(zhí)行復(fù)雜操作時必須考慮到眾多的變量。例如，夾持器拿起并移動一個零件所需的最佳力，可能與生產(chǎn)中后期的穿線操作所需的力不一樣。隨著觸覺傳感的改進(jìn)，機(jī)器人將能夠使用適當(dāng)?shù)牧碜ト∫磺?，有可能減少該生產(chǎn)過程所需的步驟。

NIST實(shí)驗(yàn)室的工作包括利用六軸力和扭矩傳感器進(jìn)行抓取的創(chuàng)新設(shè)計，包括模仿人類雙手的機(jī)制。

靈活性和多功能性

NIST實(shí)驗(yàn)室正在利用電氣和電子工程師協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)平臺，為四種最常見的機(jī)器人抓取器研究大約十幾種抓取和操縱的測試方法。

真空--一種用于平坦光滑表面的標(biāo)準(zhǔn)臂端工具，通常用于碼垛和包裝。

氣動式--由于在工業(yè)操作中產(chǎn)生的噪音，也被稱為 "砰砰抓手"，這種通用型的抓手通常用于拾取和放置操作中的小物體。

液壓--最強(qiáng)的--也是最復(fù)雜的--工業(yè)抓手。

伺服電動- 高靈活性和成本效益，在處理零件時允許不同的材料公差。

成功的關(guān)鍵

機(jī)器人技術(shù)的吸引力之一是，可以對機(jī)器人進(jìn)行構(gòu)建和編程，使其幾乎可以做任何事情。但是，與固定自動化系統(tǒng)不同，機(jī)器人功能和易用性之間需要權(quán)衡。您在機(jī)器人中構(gòu)建的功能越多，條件要求中必須考慮的環(huán)境因素也就越多，這使得對機(jī)器人進(jìn)行編程和將其集成到其他任務(wù)的操作中變得更加困難。

如果制造商沒有適當(dāng)?shù)闹С窒到y(tǒng)，包括合適的員工，那么使用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行小批量計劃也可能會很困難。當(dāng)SMM理解具有正確設(shè)置和編程的機(jī)器人系統(tǒng)如何節(jié)省重組成本時，機(jī)器人的采用率將會提高。擁有10名或10名以下員工的制造商一定會派出機(jī)器人專家來確保整個設(shè)備的有效性，這并非毫無疑問。

機(jī)器人技術(shù)指南

為了在制造操作中（尤其是在SMM中）增加機(jī)器人技術(shù)的使用，MEP國家網(wǎng)絡(luò)的一部分Catalyst Connection匯集了易于理解的機(jī)器人技術(shù)指南。它確定了成功探索機(jī)器人在制造業(yè)中的使用的許多關(guān)鍵。建議包括：

確定資源，包括內(nèi)部擁護(hù)者，以獲得所需的支持水平；

確定您的需求或痛點(diǎn)；

優(yōu)先考慮支持工具

ID制造實(shí)例

從小處著手，保持簡單

建立業(yè)務(wù)案例，但一定要考慮到工具，配件和集成復(fù)雜性的2到4倍硬件成本。

MEP中心可以提供幫助

對于中小型制造商來說，機(jī)器人系統(tǒng)的初始部署可能令人生畏。對于美國企業(yè)來說，在專家們一個本地MEP中心隨時準(zhǔn)備幫助你探索-可能采用-機(jī)器人。與他們聯(lián)系，了解機(jī)器人技術(shù)如何通過添加新功能來幫助您擴(kuò)展業(yè)務(wù)。

關(guān)于NIST

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）成立于1901年，現(xiàn)隸屬于美國商務(wù)部。NIST是美國最古老的物理實(shí)驗(yàn)室之一。國會成立了該機(jī)構(gòu)，以消除當(dāng)時對美國工業(yè)競爭力的重大挑戰(zhàn)-一種落后于英國，德國和其他經(jīng)濟(jì)競爭對手的二流測量基礎(chǔ)設(shè)施。

從智能電網(wǎng)和電子健康記錄到原子鐘，先進(jìn)的納米材料和計算機(jī)芯片，無數(shù)的產(chǎn)品和服務(wù)在某種程度上依賴于美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院提供的技術(shù)，測量和標(biāo)準(zhǔn)。

如今，NIST測量支持從最小的技術(shù)到最大，最復(fù)雜的人工創(chuàng)造物-從如此小巧的納米級設(shè)備到數(shù)以萬計的人發(fā)絲都可以安裝到抗震的摩天大樓和全球通訊網(wǎng)絡(luò)中。