文：日經BP社 中山力丨 編輯：呂媛媛
本文看點：
1 . 人工成本的增長、人工智能的強化，使機器人系統應用增長迅速。
2.“單元格”生產方式可應對“多品種少量”訂貨的新趨勢。
3.執行“單元格”生產操作的機器人要解決處理散裝零件、柔軟零件等問題。
4.三菱電機通過改進，使單元格生產機器人系統化成為可能。
三菱電機開發了多軸機器人組裝系統原型，該系統可以分類取放像電纜一樣彎彎曲曲、形狀不定的柔軟物，也可以插入這些柔軟物前端的連接器[依據新能源·產業技術綜合開發機構（NEDO）的“戰略尖端機器人關鍵技術開發項目”，由名古屋大學、北海道大學、富山縣立大學共通實施] 。兩臺六軸機器人中，配置了可迅速識別柔軟物的三維傳感器、正確識別連接器、彈簧插入狀態的力量傳感器等三菱電機獨自開發的零部件，用與以往相同的人力、與單元生產相同的時間完成組裝。
∣用於單元格生產的課題
對於日本，以及人工費用高漲的海外生產地點來說，生產工序的自動化對削減成本非常重要。三菱電機已經在福山製造所配線用斷路器的組裝生產線上導入了機器人。從設計開始就考慮用機器人進行組裝、擴大機器人的適用範圍，以大幅度地縮短生產週期。
毋庸置疑，在應對少品種大量生產到多品種少量生產，甚至到變種變量生產的商品生命週期變化方面，生產品種切換比較容易的單元格生產方式能夠起到作用。但是，考慮到人工作業的偏差以及勞動人口的減少，單元格生產變得更需要經由機器人實現自動化(尤其在電機電子領域的組裝中，電纜組裝和連接器插入類的作業較多，難以推進機器人的自動化)。
當然，用於單元格生產的機器人，需要解決的問題也很多。例如，機器人很難處理散裝零部件的供應和柔軟物的取放問題；伴隨生產機種的切換，機器人動作程序的設定也會花費一定的時間；還有的機器人應對突發事件（錯誤）的能力不強等。
為解決這些課題，三菱電機對機器人生產系統進行了開發。其與京都大學共同開發了散置零部件的挑選技術，還挑戰了柔軟物品的操作。
∣在第二階段組裝電纜
本次開發樣機時，在用電纜連接基板、用螺絲固定這道工序上，安裝了發動機用的放大器（圖1）。具體步驟如下：首先，將散裝電纜進行分類整理，預先將一側的連接器插入到一個固定好的基板上；然後，將第二個基板固定到第一個基板上，插入另一側的連接器；最後，蓋上外蓋，完成螺絲固定工序。
圖1 處理柔軟物的機器人單元格生產系統
右側的機器人A進行電纜的整理和臨時放置（組裝到夾具）；左側的機器人B將連接器插入基板並固定螺絲。
這個組裝工序分擔到兩臺多軸機器人上進行操作（圖2）。第一臺機器人A將零散的電纜進行分類整理，在裝備臺上安裝夾具（臨時放置）。第二臺機器人B恢復被安裝在夾具上的電纜並將其插入基板的連接器。基板和外蓋上螺絲的插入、連接由機器人B執行，基板、外蓋、夾具的移動則由兩臺機器人共同執行。
圖2 單元格生產系統的配置
機器人A的頂端、裝備臺旁邊設置有三維傳感器，用照相機拍攝近紅外線光來識別三維形狀(位置精度1mm、有分解能為0.5mm的性能、識別時間縮短到1秒以內。此外，為了安裝到機器人的頂端，傳感器本體的容積要小型、輕量化到300ml、重量約500g) 。進行組裝作業時，首先用機器人A的三維傳感器識別零散狀態的電纜，用機器人A的手抓住稍微與連接器分離的部分（圖3）。然後，為確認機器人抓住連接器（朝向等）的狀態，將連接器部分拿到位置固定的三維傳感器的前面進行確認。依據確認到的信息，調整連接器的方向並安裝到夾具上。
圖3a
圖3b
圖3機器人A的運作
（上圖）機器人握著電纜將其組裝到夾具上。（下圖）依照從三維傳感器得到的信息，將零散狀態的傳感器進行分類。然後，握住一側的傳感器並將其組裝到夾具上，輕輕地握住電纜，移動機器人的頂端，再握住另一側的傳感器。
將連接器的一側安裝到夾具上後，順著電纜探尋另一側的連接器，用固定位置傳感器確認連接器的朝向後，將其安裝到夾具上。這樣，無論電纜怎樣彎曲都能準確探尋到連接器的位置。
機器人B負責將夾具上的電纜安裝到基板上（圖4）。由於夾具上的連接器的位置和朝向是明確的，所以機器人B能直接抓住連接器。在連接器實際的插入動作開始前，也就是正在空間中移動的時候執行加速等操作，為了縮短作業時間，採用了切換控制參數的方法。
圖4 機器人B的運作
將電纜的連接器插入基板。插入傳感器和固定螺絲時，利用從力傳感器得到的信息，實現對失誤處的識別和自動恢復。
∣可以自動恢復
從上文可以看到，機器人應對不可預測的事態的能力有所提高。機器人能夠識別分類整理電纜時的掉落現象，以及插入連接器和螺絲時的失誤問題，具備自動恢復的功能。通過應用各個三維傳感器和力傳感器獲取的信息，實現提升長時間自動運轉的工作效率的目的(力傳感器使用的不是應變儀，而是光傳感器。三菱電機為其進行了構造設計，實現了低成本化)。
例如，插入連接器時的反作用力過大很容易發生微妙的錯位。這時，機器人會基於從傳感器獲得的信息探究正確的插入位置，然後再次插入。插入螺絲時也一樣，機器人能夠檢測出螺絲和孔的位置、插入方向的偏差、螺絲的丟失（持握失敗）問題等。
本次樣機的使用結果表明，用樣機組裝所花費的時間和用人工進行單元格格生產時所花費的時間是一樣的。接下來，三菱電機計劃將組合了三維傳感器、力傳感器的控制技術等作為組件製品，實現實用化。
Q：單元格生產機器人系統化必須考慮的問題是什麼？你有哪些補充？
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