专利名称：生产线及其操作方法
技术领域：
本发明在第一方面涉及一种用于操纵对象的生产线，所述生产线包括多个相继设 置的工作站，以便对对象执行连续的工作步骤，每个工作站被设置用于由固定操作员进行 的至少一个工作步骤，并且至少一个工作站被设置用于作为人的固定操作员且至少一个工 作站具有作为机器人的固定操作员。在第二方面，本发明涉及一种用于操作生产线的方法，所述生产线包括多个相继 设置的工作站，其中对对象执行连续的工作步骤，其中在每个工作站执行至少一个工作步 骤，并且其中至少一个工作步骤由人执行，且至少一个工作步骤由机器人执行。
背景技术：
通常，其制造需要多个工作步骤的产品的生产在专门设计的生产线上进行，其中 不同的工作步骤在连续的工作站以规定的顺序执行。所述工作步骤可以是加工对象、检 验对象、将附加部件装配到对象上等。当制造过程是劳动密集型的并且包括不同种类的多 种工作步骤时，这种生产线的设置特别有用。这种生产线有用且被频繁应用的典型示例 是用于装配，尤其是装配电子产品。很久以前，生产线是由人来操作的，每个工作站处的 一个人执行单独的工作步骤，然后通常通过两人都可达到的中间存储设施(intermediate storage)将对象传递给相邻的人，以进行下一个工作步骤。这种手动操作的生产线在劳动 力成本低的国家仍然很普遍。由于劳动力成本增加，尤其是在工业化国家，几十年来已经发展到用工业机器人 操作的生产线来代替手动操作的生产线。然而，传统的生产线的机器人自动化面临着各种问题。其不灵活，且设计者花费时 间长。耗时活动包括设计安全设备比如防护和紧急停止链、用于准确定位的固定装置，以及 设计供给方案比如用于将零件取出和放入机器人单元的传送带和进料器。存在具有由人操作的工作站以及由机器人操作的工作站的生产线的各种示例。DE 43 20 704公开了具有三个连续单元的生产线，其中两个单元是人工操作的单 元并且一个是自动化的单元。它没有明确表达机器人应用于自动化单元。然而，图1意味 着在自动化单元中使用的装备可能是机器人。通过旋转工作台来将对象从一个工作站移到 下一个工作站。在EP 737 543的装置中，沿生产线的所有工作站都是自动化的。站51_59被称为 安装机。然后，存在多个中间辅助加载器61-68。人工装载这些加载器中的每一个(见图 2)。然而，构成生产线中的工作站的每个辅助加载器的部分不涉及人工操作。因此，可以认 为如这样的生产线仅包含自动化工作站。此外，没有提到设置工作站用于机器人操作。最 后，没有通过固定操作员来执行对象的移动而是通过传送带来执行对象的移动。在US 2002/15 7241中也借助传送带而不是通过固定操作员来传送对象。没有设 置工作站以使得固定操作员可以将对象从一个工作站移到下一个工作站。特别地，人工操 作的工作站位于远离机器人操作的工作站。
在EP 1745 45中，没有通过固定操作员而是通过如图10的Ll中的循环传送带或 者通过如图10的L2中的替选加载器来传送对象。此外，没有提到应用机器人并且没有人 工与自动化工作站之间的混合。在Ll中，所有工作站都是自动化的，然而在L2中，所有工 作站都是人工的。在生产线中人与机器人相混合的情况下，根据现有技术来设置他们相互分离较大 距离。例如参见上述US 2002/15 7241。这是由于安全性原因。如果机器人和人相互靠近 工作，使得他们处在相互可触及的范围内，那么存在人可能被机器人伤害的风险。然而，机 器人和人相互分离较远的位置带来缺点，诸如生产线占用较大区域以及需要某种传送带装置。本发明的目的是提供人和机器人相混合的生产线，其具有高度安全性并且解决了 与已知混合的生产线有关的问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，该目的得以实现是在于初始定义的这种生产线包括如下 特定特征被设置由人操作的工作站和由机器人操作的工作站相互充分接近，用于允许人 和/或机器人将对象从和/或向另一个工作站移动，并且在于机器人具有至少两个臂。通过将机器人和人相混合作为生产线的操作员，很大程度减少了与由机器人单独 操作的生产线有关的上述活动。由于由人和机器人分别操作的工作站位置接近，因此机器 人与人之间的交互便于将对象从一个工作站传送到另一个工作站，并且大大减少了实现这 个所需的工程。此外，可以优化每个工作站，使得由机器人执行适合自动化的操作，并且由 人执行适合人工执行的操作。非常重要的是，机器人具有至少两个臂。与以相同速度工作 的单臂机器人相比，多臂设置允许机器人利用每个臂上显著较低的功率来操作。这样的原 因在于，假定例如装配的操作任务的过程包括可以并行化的若干个操作，那么多臂机器人 可以进行并行移动，其提供低得多的速度和积累动能来完成与单臂相同的任务。当双臂机器人可以并行拾起两个部件时，单臂机器人将必须作两个连续拾起。这 可以通过典型的示例来说明。假设被视为等效移动点质量的机器人臂质量为1. 9kg，部件质 量为0. 1kg，拾起延迟(即，从机器人就位直到完全抓住部件的时间)为0. ls，并且总操作 时间(机器人必须完成这两个拾起的总时间)为Is。计算用于单臂机器人的所需最大功率将是758W，然而，可以计算用于双臂机器人 的所需最大功率是每臂80W，表示总共160W。因此，每臂的功率相差几乎10倍。这对安全 性具有非常大的影响，并且是用于允许人和机器人相互接近工作的关键方面。如果多于两 个臂用于并行执行任务，那么这种效果甚至更加显著。与单独由人来操作的生产线相比，本发明使劳动力成本更低。因此，结果是这样一种生产线，其比传统生产线的成本效率更高，且提供高度的安 全性、可靠性和灵活性。根据优选实施例，本发明的生产线是装配线，其中工作站中的至少一个被设置用 于向每个对象增加部件。装配是通常需要执行许多连续步骤的一种工作过程，其中每个步骤常常包括变化 复杂性的精确操纵。因此，本发明的生产线在这种应用中特别有意义，因为其优点在此被高度利用。因而本发明对诸如电子产品装配的领域提供了很大的益处。此外，装配是一种如下操作即将发生并行操作，并且考虑到降低所需臂功率的方 面和从而获得的提高的安全性，多臂机器人因此特别有用。在本发明生产线的装配应用中，通常，多于一个、典型地为大多数或者甚至是全部 的工作站被设置用来向每个对象增加一个或多个部件。根据又一优选实施例，每个机器人臂具有七个或更多自由度(DOF)。使用七个DOF臂(优选地是人类特点类型的臂)的好处在于，借助于机器人肘的 适当定位，双臂机器人中的所有机器人臂可以一直完全保持在机器人工作站内。当人和机 器人相互接近工作时，这进一步提高了安全性，并且提高了机器人安装的紧密度。根据又一优选实施例，机器人臂至少部分由软垫覆盖。软垫是吸收震动的材料，诸 如泡沫橡胶等。虽然臂的低功率使得降低了臂与人之间发生碰撞的伤害的风险，但是软垫将进一 步降低该风险。根据又一优选实施例，以低于80W的功率驱动每个臂。如上所述，当执行相同任务时，多臂机器人的功率需求远低于单臂机器人的功率 需求。通过该实施例，利用这个事实来设计功率非常低的机器人，以便利用由此获得的提高 的安全性。根据另一优选实施例，所述工作站中的至少一个被设置成由机器人或人来操作。由此获得高度的灵活性。根据又一优选实施例，至少一个机器人的工作范围对应于人在位于该机器人的位 置的情况下可达到的工作范围。这代表了有关设计机器人使其模仿人的另一步骤。同样，该实施例因此方便了与 相邻的人的合作，并且还提供了与在正在讨论的工作站使用人或机器人的可能性有关的更 高灵活性。根据又一优选实施例，配备有机器人的工作站包括至少一个部件存储设施以及至 少一个固定装置，所述部件存储设施和固定装置被设置成使得人在位于机器人位置的情况 下可以使用所述部件存储设施和固定装置。由此，工作站还适于由人或机器人来操作，从而还有利于生产线的灵活性，尤其是 对于装配应用。上面提及的本发明生产线的优选实施例在从属于权利要求1的权利要求中详细 说明。要注意的是，当然可以通过上述优选实施例的任意可能组合来实现进一步的优选实 施例。在本发明的第二方面，实现该目的在于初始定义类型的方法包括以下具体措施 人和机器人在相互充分接近的工作站操作，以允许人和/或机器人将对象从和/或向另一 个工作站移动，并且在于由两个机器人臂来执行机器人的操作。根据本发明方法的优选实施例，其包括装配工作，其中在至少一个工作站上的工 作步骤包括向对象增加部件。根据另一优选实施例，产品暂时存储在相邻工作站之间，并且处于两个相邻工作 站的作为机器人或人的操作员分别放下或拾起暂时存储的对象。
根据又一优选实施例，工作站在安全性方面被控制，使得阻止机器人和人之间的 接触，或者使得机器人和人之间的接触限制机器人的动作。本发明方法的上述优选实施例在从属于权利要求11的权利要求中详细说明。本发明方法及其优选实施例具有与由本发明的生产线及其优选实施例所获得的 优点相类似的优点，这些优点在上面已经进行了描述。本发明通过以下结合附图对其示例的详细描述来进一步说明。
图1从上面观察示意性地图示了根据本发明的示例的生产线。
具体实施例方式在图1中，从上面观察示意性图示了根据本发明的示例的生产线。在该示例中，生 产线由设置成两个平行线的十个工作站la-e、2a-e构成。每个工作站由诸如在工作站la-e 中的人3a_e来操作，或者由诸如在工作站2a_e中的机器人4a_e来操作。将由操作员，即人或机器人来操纵的对象在箭头A处到达生产线。所述对象在箭 头B处离开生产线。对象作为成品或者作为半成品离开生产线进行传送，以便在车间内或 其它地方进行进一步操作。进入的对象暂时存储在第一中间存储设施5a中。在该示例中，第一工作站Ia由 人3a操作。在该第一工作站中的工作步骤可以例如是第一装配操作，其中来自部件存储设 施6a的部件被增加到对象上。因而，人从第一中间存储设施5a拾起一个对象，从部件存储 设施6a拾起一个或多个部件，并将部件安装到对象上。当完成后，他将带有所安装部件的 对象放入第二中间存储设施5b中，然后对下一个对象重复该循环。在第二工作站2a中的机器人4a从第二中间存储设施5b拾起对象，以便在第二工 作站2a执行一个或多个工作步骤。在该示例中，工作站有针对两类部件的两个部件存储设 施6b、6c。在该工作站中的机器人4a将来自于部件存储设施6b的一个部件和来自于部件 存储设施6c的一个部件安装到从中间存储设施5b拾起的对象上。当它完成这些后，机器 人4a将对象放入第三中间存储设施5c中，并对来自于中间存储设施5b的新对象重复该循 环。然后，由在第三工作站Ib的人3b拾起对象，以便执行与该工作站有关的工作步骤寸。每个工作站可以有针对该工作站是唯一的工作步骤。一些工作站可以有很类似的 工作步骤。当作为纯装配线时，所有的工作步骤都可以是向产品增加部件。一些工作站，例 如工作站Ib可单独被设置，以便控制并测试对象。其它工作站可包括加工机件。在示出的示例中的每个机器人具有两个臂10。尽管图中所有的机器人4a_e都是双臂型的，也并不排除可以在一个或多个工作 站使用单臂机器人。在工作站4b中提供有固定装置7，用于辅助在该工作站中执行的工作步骤。生产线可以是这样的，即一些或全部的机器人4a_e被永久地安装在其各自的站 上。然而在许多情况下，优选的是将机器人设置成易于移动，使得机器人可被人取代或反之亦然，从而实现更大的灵活性。从图中可理解到，机器人和相邻的人的工作范围彼此交叠。例如，人3a和机器人 4a两者都达到中间存储设施5b。这将带来使人受到伤害的风险。机器人臂可以嵌入在软垫中。在机器人4d的一个臂上设置有这样的垫9。机器人优选地通过视觉引导定位来工作，因此可不使用固定装置。预期用于增加安全性的另外的措施是机械机器人范围限制、软件机器人限制、软 机器人垫、机器人驱动系统能量和速度限制。为了限制每个臂上的功率，例如限制在80W，臂的驱动系统具有这样的保险丝，该 保险丝被校准用于臂的电动机的总共80W的最大功率。代替地，可以设置机器人控制器的 软件以由此限制臂的功率。
权利要求
一种用于操纵对象的生产线，包括相继设置的多个工作站(1a-e、2a-e)，以便对所述对象执行连续的工作步骤，每个工作站(1a-e、2a-e)被设置用于由固定操作员(3a-e、4a-e)进行的至少一个工作步骤，至少一个工作站被设置用于作为人(3a-e)的固定操作员且至少一个工作站由作为机器人(4a-e)的固定操作员操作，其特征在于，被设置由人操作的工作站和由机器人操作的工作站相互充分接近，用于允许人和/或机器人将对象从和/或向另一个工作站移动，并且在于所述机器人(4a-e)具有至少两个臂(10)。
2.根据权利要求1所述的生产线，其特征在于，所述生产线是装配线，以及所述工作站 (la-e,2a-e)中的至少一个工作站被设置用于向每个对象增加至少一个部件。
3.根据权利要求1或2所述的生产线，其特征在于，每个机器人臂(10)具有至少七个 自由度。
4.根据权利要求1或2所述的生产线，其特征在于，所述机器人臂(10)至少部分由软垫(9)覆盖。
5.根据权利要求1或2所述的生产线，其特征在于，以低于80W的功率驱动多臂机器人 中的每个机器人臂(10)。
6.根据权利要求1或2所述的生产线，其特征在于，所述工作站(la-e、2a-e)中的至少 一个工作站被设置成由机器人或由人来操作。
7.根据权利要求1或2所述的生产线，其特征在于，至少一个机器人(2a_e)的工作范 围对应于人在位于所述机器人的位置的情况下可达到的工作范围。
8.根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，配备有机器人(4a_e)的工作站(2a_e) 包括至少一个部件存储设施(6d)以及至少一个固定装置(7)，所述部件存储设施以及至少 一个固定装置被设置成使得在人位于所述机器人的位置的情况下，它们可被所述人使用。
9.一种用于操作生产线的方法，所述生产线包括相继设置的多个工作站，其中对对象 执行连续的工作步骤，其中在每个工作站执行至少一个工作步骤，并且其中至少一个工作 站中的工作步骤由人执行，且至少一个工作站中的工作步骤由机器人执行，其特征在于，在 工作站中操作的所述人和机器人相互充分接近，用于允许所述人和/或所述机器人将对象 从和/或向另一个工作站移动，并且在于通过至少两个机器人臂来执行所述机器人的操 作。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括装配工作，其中在所述工 作站中的至少一个工作站的所述工作步骤包括向所述对象增加部件。
11.根据权利要求9-10中的任何一项所述的方法，其特征在于，产品暂时存储在相邻 工作站之间，并且在两个相邻工作站的作为机器人或人的操作员分别放下或拾起暂时存储 的对象。全文摘要
本发明涉及用于操纵对象的生产线。该生产线具有用于由固定操作员对对象执行连续工作步骤的工作站(1a-e、2a-e)。至少一个工作站被设置成由作为人的固定操作员操作，并且至少一个工作站由作为机器人的固定操作员操作。根据本发明，被设置由人操作的工作站和由机器人操作的工作站相互充分接近，用于允许人或机器人将对象移到另一个工作站。机器人具有至少两个臂。本发明还涉及应用相应构思的用于操作生产线的方法。
文档编号H05K13/04GK101884260SQ200880119022
公开日2010年11月10日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年12月5日
发明者伊万·伦德贝里, 松克·科克, 马茨·卡尔曼 申请人:Abb研究有限公司