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【演讲】配天机器人索利洋:智能制造中柔性生产的要求与实现

2018-08-07 09:02 高工机器人网 阅读:11421
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摘要根据国标定义,柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化。

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  【文/潘敏瑶】根据国标定义,柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元,能根据制造任务或生产环境的变化。

  配天机器人副总经理索利洋在8月2日举行的2018高工机器人集成商大会暨十佳集成商颁奖典礼上指出,刚性生产系统是用于工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序链接起来,在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。适合进行大批量生产,效率高、成本低、质量稳定、程序固化。

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  “柔性制造系统则是建立在成组技术的基础上,由计算机控制的自动化生产系统,可同时加工形状相近的一组或一类产品。适合多品种、小批量的高效制造模式,减少毛坯和在制品的库存量,减少直接劳动力。”他说道。

  在索利洋看来,柔性生产的要求涉及七大方面。

  第一,机器柔性。当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

  第二,工艺柔性。工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

  第三,产品柔性。产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

  第四,维护柔性。采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

  第五,生产能力柔性。当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

  第六,扩展柔性。当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

  第七,运行柔性。利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。

  “什么系统柔性是最高的?”索利洋认为是“人”,所有的柔性都是在模仿“人”。“如果我们的自动化解决方案可以做到跟人一样的兼容性,那么这条产线的柔性就意味着非常高了。”

  针对集成商“如何满足各个环节的柔性”的问题,索利洋总结出三个因素。首先是“感知”,这是人可以获取各种信息做判断的基础,集成各类传感器、机器视觉、测量设备等,产线有望获得感知。

  其次是“决策”,所谓决策就是在生产管理中用到的各种管理系统,将生产决策和安排层面往人工智能方面过渡。

  最后是“执行”,就是用工业机器人、数控机床、各种专有设备完成生产的要求。

  索利洋认为,“机器视觉”和“绝对定位精度”是影响智能制造中柔性生产的两大方面。

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  ■机器视觉赋予柔性生产感知的能力

  实践中可以发现,机器视觉是在产品的自动化产线中实现“感知”的重要一环,机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。随着人工智能技术的发展,机器视觉在工厂的应用增多,解决许多传统机器视觉无法处理的问题。

  索利洋解释,图像识别主要包含特征提取和分类识别。传统提取的特征都是图像底层的视觉特征,并且需要具备一定专业知识人员进行特征的设计与选择,这种人工设计的特征需要经过大量的验证后才能证明其对某一种识别任务的有效性,这也在一定程度上限制了图像识别技术的应用。

  针对传统图像处理算法遇到的局限,他举例,以前在做一个二维码时,首先要知道二维码的特征,然后做图像预处理,找到二维码的问题,再解算二维码的数据,这种方式存在很多缺陷。

  基于二维码特征的定位流程,背景杂乱、光照不均、透视形变、印刷质量差的二维码则难以识别。因为背景杂乱无规律,无法有效区分检测目标特征,此外在特定场景下目标特征发生明显变化。

  因此,需要提高特征提取能力和泛化能力。“深度学习应用于机器视觉时,采用神经网络进行二维码识别,深度神经网络改进效果后均能对二维码进行正确识别,从而大大提高了机器视觉在抓取特征点时的成功率。”索利洋说道。

  ■绝对定位精度大幅提升产线柔性的指标

  可以说,机器人的绝对定位精度是其能大幅提升产线柔性的指标。“人在操作时,一般是通过眼睛看到一个东西,通过大脑感知并去控制,然后用手执行动作。”索利洋进一步解释:“集成方案在提高产品柔性时也遵循这样的思路,即加上眼睛、执行机构,两者的精度结合来达到更好的精度。”

  而绝对定位精度决定了机器人能不能达到柔性生产所需达到的要求。他指出,由于每台机器人的参数不一样,即使是同一型号的工业机器人在加工出来后的精度也会不一样,而在机械臂上可能存在零点零几毫米的偏差,累计下来整台机器人的误差就比较大了,所以要精确知道机械臂上每一个机械零部件的精确尺寸。

  为了提高机器人的绝对定位精度,配天机器人在控制算法中加入了重力补偿和DH参数补偿。

  从测试立方体内选取若干个标定点,通过激光跟踪仪获取这若干个点的绝对位置,用以上数据计算标定后的6组(α,a,d,θ),24个DH参数,标定后的DH参数不再满足pieper法则(4,5,6轴轴线交于一点),使用特有的逆解算法进行逆解运算,在DH参数标定以及插补流程中对重力进行补偿,进一步提高全空间内的绝对定位精度。

  最后,索利洋介绍了配天为华为打造的无源滤波器柔性自动化装配线。这条生产线是目前行业内滤波器装配最完备的产线,首次实现了滤波器装配全工艺自动化。

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  无源腔体滤波器自动化装配线整线有58个工位,包括21个自动工位,3个半自动工位,2个预留工位,2个循环流转工位,30个缓存工位;采用20套工业机器人及19套视觉系统;覆盖滤波器装配所有工艺,包括贴标、扫码、压装、螺钉锁付、锡焊、检测以及除尘。


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