文：日经BP社 中山力丨 编辑：吕媛媛
本文看点：
1 . 人工成本的增长、人工智能的强化，使机器人系统应用增长迅速。
2.“单元格”生产方式可应对“多品种少量”订货的新趋势。
3.执行“单元格”生产操作的机器人要解决处理散装零件、柔软零件等问题。
4.三菱电机通过改进，使单元格生产机器人系统化成为可能。
三菱电机开发了多轴机器人组装系统原型，该系统可以分类取放像电缆一样弯弯曲曲、形状不定的柔软物，也可以插入这些柔软物前端的连接器[依据新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）的“战略尖端机器人关键技术开发项目”，由名古屋大学、北海道大学、富山县立大学共通实施] 。两台六轴机器人中，配置了可迅速识别柔软物的三维传感器、正确识别连接器、弹簧插入状态的力量传感器等三菱电机独自开发的零部件，用与以往相同的人力、与单元生产相同的时间完成组装。
∣用于单元格生产的课题
对于日本，以及人工费用高涨的海外生产地点来说，生产工序的自动化对削减成本非常重要。三菱电机已经在福山制造所配线用断路器的组装生产线上导入了机器人。从设计开始就考虑用机器人进行组装、扩大机器人的适用范围，以大幅度地缩短生产周期。
毋庸置疑，在应对少品种大量生产到多品种少量生产，甚至到变种变量生产的商品生命周期变化方面，生产品种切换比较容易的单元格生产方式能够起到作用。但是，考虑到人工作业的偏差以及劳动人口的减少，单元格生产变得更需要经由机器人实现自动化(尤其在电机电子领域的组装中，电缆组装和连接器插入类的作业较多，难以推进机器人的自动化)。
当然，用于单元格生产的机器人，需要解决的问题也很多。例如，机器人很难处理散装零部件的供应和柔软物的取放问题；伴随生产机种的切换，机器人动作程序的设定也会花费一定的时间；还有的机器人应对突发事件（错误）的能力不强等。
为解决这些课题，三菱电机对机器人生产系统进行了开发。其与京都大学共同开发了散置零部件的挑选技术，还挑战了柔软物品的操作。
∣在第二阶段组装电缆
本次开发样机时，在用电缆连接基板、用螺丝固定这道工序上，安装了发动机用的放大器（图1）。具体步骤如下：首先，将散装电缆进行分类整理，预先将一侧的连接器插入到一个固定好的基板上；然后，将第二个基板固定到第一个基板上，插入另一侧的连接器；最后，盖上外盖，完成螺丝固定工序。
图1 处理柔软物的机器人单元格生产系统
右侧的机器人A进行电缆的整理和临时放置（组装到夹具）；左侧的机器人B将连接器插入基板并固定螺丝。
这个组装工序分担到两台多轴机器人上进行操作（图2）。第一台机器人A将零散的电缆进行分类整理，在装备台上安装夹具（临时放置）。第二台机器人B恢复被安装在夹具上的电缆并将其插入基板的连接器。基板和外盖上螺丝的插入、连接由机器人B执行，基板、外盖、夹具的移动则由两台机器人共同执行。
图2 单元格生产系统的配置
机器人A的顶端、装备台旁边设置有三维传感器，用照相机拍摄近红外线光来识别三维形状(位置精度1mm、有分解能为0.5mm的性能、识别时间缩短到1秒以内。此外，为了安装到机器人的顶端，传感器本体的容积要小型、轻量化到300ml、重量约500g) 。进行组装作业时，首先用机器人A的三维传感器识别零散状态的电缆，用机器人A的手抓住稍微与连接器分离的部分（图3）。然后，为确认机器人抓住连接器（朝向等）的状态，将连接器部分拿到位置固定的三维传感器的前面进行确认。依据确认到的信息，调整连接器的方向并安装到夹具上。
图3a
图3b
图3机器人A的运作
（上图）机器人握着电缆将其组装到夹具上。（下图）依照从三维传感器得到的信息，将零散状态的传感器进行分类。然后，握住一侧的传感器并将其组装到夹具上，轻轻地握住电缆，移动机器人的顶端，再握住另一侧的传感器。
将连接器的一侧安装到夹具上后，顺着电缆探寻另一侧的连接器，用固定位置传感器确认连接器的朝向后，将其安装到夹具上。这样，无论电缆怎样弯曲都能准确探寻到连接器的位置。
机器人B负责将夹具上的电缆安装到基板上（图4）。由于夹具上的连接器的位置和朝向是明确的，所以机器人B能直接抓住连接器。在连接器实际的插入动作开始前，也就是正在空间中移动的时候执行加速等操作，为了缩短作业时间，采用了切换控制参数的方法。
图4 机器人B的运作
将电缆的连接器插入基板。插入传感器和固定螺丝时，利用从力传感器得到的信息，实现对失误处的识别和自动恢复。
∣可以自动恢复
从上文可以看到，机器人应对不可预测的事态的能力有所提高。机器人能够识别分类整理电缆时的掉落现象，以及插入连接器和螺丝时的失误问题，具备自动恢复的功能。通过应用各个三维传感器和力传感器获取的信息，实现提升长时间自动运转的工作效率的目的(力传感器使用的不是应变仪，而是光传感器。三菱电机为其进行了构造设计，实现了低成本化)。
例如，插入连接器时的反作用力过大很容易发生微妙的错位。这时，机器人会基于从传感器获得的信息探究正确的插入位置，然后再次插入。插入螺丝时也一样，机器人能够检测出螺丝和孔的位置、插入方向的偏差、螺丝的丢失（持握失败）问题等。
本次样机的使用结果表明，用样机组装所花费的时间和用人工进行单元格格生产时所花费的时间是一样的。接下来，三菱电机计划将组合了三维传感器、力传感器的控制技术等作为组件制品，实现实用化。
Q：单元格生产机器人系统化必须考虑的问题是什么？你有哪些补充？
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