3D打印“皮肤”助力机器人实现安全高效协同工作

在现代化的工厂中，人类与进行协作已成为不可或缺的现实。成功的人机交互是面向未来制造的关键。但怎样在这样的制造场景中保护操作人员的安全，并使得协作机器人高效运行，是工厂需要面对的挑战之一。   增材制造精益生产服务商裕克施乐（OECHSLER）与巴斯夫3D打印解决方案 Fward AM，通过3D打印技术为Kuka iiwa 协作机器人开发了一种3D打印“皮肤”。这一全新的解决方案，使人类和协作机器人能够安全的共享工作空间，并进一步优化了工厂的人机协作生产效率。    

兼顾安全与效率
/ 挑战

协作机器人（简称：cobots）越来越多地出现在制造业中，它们在共享区域与人类一起工作。在人机协作工厂中，避免协作机器人和人类同事发生碰撞，确保生产安全是至关重要的。

通常，人机协作工厂中的安全防护是通过内置来实现的。这些会在发生意外接触时使协作机器人立即停止工作，每当有工人进入警告区域时，系统会将其速度降至最低，如果人继续靠近，则系统停止，直到人离开后，系统才会加速回到全速。然而，这会导致协作机器人的处理速度受到高度限制，从而导致制造工厂的成本增加，生产效率降低。
  为了实现机器人对靠近工人的反应，需要根据机器人的任务、它们与工人之间具体合作方式，以及它们在工厂中的实际位置进行。这就意味着，当协作机器人需要被部署在其他工作站时，或者需要执行不同的任务时，都必须调整编程。这种方式限制了协作机器人的应用灵活性与便利性。
  那么，有什么方式能够使工人和协作机器人安全地协作，又能够使机器人始终保持高效运行呢？
  / 3D打印“皮肤” RoboSkin

巴斯夫Forward AM与裕克施乐通过增材制造-3D打印技术，为协作机器人开发了一种薄而具有高减震性的第二层“皮肤” RoboSkin，用来包裹在协作机器人的关节周围。

  裕克施乐制造第二层“皮肤”时，采用的材料为Forward AM开发的Ultrasint TPU01 热塑性聚氨酯粉末，3D打印技术为惠普 HP 5200 系列多射流熔融设备（Multi Jet Fusion） 。  

▲ 用于 Kuka iiwa机器人轴2和轴3的3D打印“皮肤”，图中可以清晰的看出晶格点阵结构，其材料为Ultrasint TPU01。 3D打印的“皮肤”具有柔性的、个性化的晶格点阵结构。Ultrasint TPU01 热塑性聚氨酯粉末这种弹性材料适合生产需要高减震性和出色柔韧性的零件。而协作机器人3D打印“皮肤”所具有的独特晶格结构，为协作机器人带来了独特的附加价值： 首先是3D打印“皮肤”所具有的缓冲保护功能，为与机器人进行协作的工人提供了保护，降低他们受伤的风险。

这层3D打印晶格点阵“皮肤”就像阻尼器一样，吸收协作机器人的碰撞力和压力，可以使协作机器人的速度提高150%，这使得制造商的生产力得到提高。 此外，3D打印晶格点阵“皮肤”具有良好的透气性，能够防止协作机器人热量积聚。作为隔离层，它可以将机器人的管路、电线覆盖起来，在工作时不会限制机器人的运动。 这样一个能够为协作机器人用户带来附加价值的“皮肤”，其背后的核心技术在于增材制造的晶格点阵结构。

▲为机器人轴4开发的3D打印晶格点阵“皮肤” 3D打印“皮肤” 的点阵结构可以根据机器人的功能需求进行设计，得益于3D打印在复杂、定制化柔性制造方面的优势，快速且经济高效地适应各种协作机器人类型。 正如在挑战中所谈到的问题，在生产车间中，协作机器人通常被部署在不同的工作站。而3D打印“皮肤”RoboSkin 无需拆卸、重新组装和重新校准机器人，就够发挥作用，这将节省工厂的时间和成本。 3D打印“皮肤”RoboSkin， 用看似非常简单的解决方案解决了协作机器人工厂中的一个复杂问题，使最终用户能够优化人机协作的生产效率。

/ 从增材制造精益生产源头，提升价值

在3D打印“皮肤”设计中所运用的晶格点阵结构设计，是一种典型的面向增材制造的设计。晶格设计往往拥有复杂的几何结构，而制造复杂的结构恰好是增材制造技术在制造中的竞争优势之一，可以说晶格设计与增材制造的绝妙组合将给产品带来独特的创新性。

审核编辑：黄飞