机器人极端

机器人每天从事枯燥、单调的工作。传统上，这是他们的领域。但时间、技术和经验已经告诉我们，它们能做的远不止这些。生产力、质量和效率已成为重中之重。如今，投资回报率通常以月而非年来衡量。数量不是那么关键。

把更多的注意力放在收益上，有时我们会忘记我们保存了什么。不受极端温度，繁重的有效载荷，苛刻的化学物质和有毒气体的影响。他们有不可思议的能力去我们不能去的地方，做我们不应该做的工作。从化学提炼和危险物质的处理，到有毒药物的合成和零度以下的码垛，机器人的超人能力将它们发挥到了极致。

机器人炉攻
出炉是一项繁重的工作。繁重的搬运是重复和体力要求。温度高得足以熔化金属。有毒的烟雾和粉尘使得这项任务对人类来说尤其不适宜。但对于机器人和一个有经验的自动化集成商来说，开炉是件轻而易举的事。

SAE (Specialized Analysis Engineering, Inc.)成立于1996年，是一家专业从事工业自动化、机器人、过程控制、系统集成、制造和布线的工程服务公司。这家位于犹他州洛根的公司已经完成了一系列广泛行业的项目，包括磷还原炉和钢铁冶炼炉的电弧炉攻丝自动化。

SAE为制药和农业巨头拜耳旗下的一个磷酸盐精炼设备实现了6个高炉出料单元的自动化。该工厂位于爱达荷州的苏打泉，运行着多个电弧炉，生产用于除草剂的元素磷。

在精炼过程中，会产生一种废料，其温度接近1650摄氏度，足以熔化钢铁。这种熔渣必须定期从熔炉中除去，这个过程叫做攻丝．在攻丝过程中，电弧炉周围的环境极其恶劣。极端的高温，可能飞溅的熔融物质，以及有毒的烟雾和蒸汽，对人类是危险的。

操作环境非常恶劣，连机器人都需要保护。金属外壳下是FANUC M-900我B/360重载机器人，在定制的第七轴定位器上倒置，协调运动。倒置安装允许在工作空间中进行其他活动，这是地板安装配置所禁止的。

承担热量，减轻负担
机器人必须能够在爱达荷州冬季-29°C到夏季超过38°C的环境温度中工作。为了应对高环境温度和极端工艺环境，机器人由RIA成员Roboworld制造的耐热Robosuit®保护。SAE工程师与Roboworld直接合作，定制机器人装甲，以适应倒置安装位置和该应用程序所需的附件设备。

此外，SAE还为机器人的所有关节电机和轴承外壳配备了定制的、恒温控制的电阻加热器，以保持机器人在极端寒冷的冬季的运行能力。他们还在防护服下面的机器人线束上安装了辅助绝缘装置。所有电气外壳和操作面板中的管道和电线都被屏蔽和绝缘，以防止恶劣的操作环境。

SAE工程经理Lane Nielson表示，除了FANUC的高精度和可重复性外，FANUC机器人已经被证明足够强大，能够在炉膛口附近非常恶劣的工作环境中生存。它的有效载荷为360公斤，还具有操作重型工具和执行要求苛刻的任务所需的能力，每天24小时，每周7天。

重型模具是由SAE定制设计和制造的。每个机器人臂尾工具大约5.5米长，重113公斤。在出炉过程中，机器人需要四种不同的工具来执行多种功能。工具存放在自动工具架上。更换工具RIA白金会员ATI工业自动化是用来精确定位每一个工具在机架，因为它的需要和自动连接到机器人手臂。

由SAE建立的PLC控制系统为机器人单元、相关设备和安全系统提供主控制。它还与客户的SCADA系统接口。无线遥控挂件使操作者无需停留在靠近控制面板的固定位置即可执行系统的主要功能。该安全系统包括物理障碍物、配备锁定安全开关的人员出入门、E-stop拉缆和E-stop按钮，以保护在机器人单元周围工作的人员。

在自动化之前，这个高炉出料过程完全是手动的。操作人员需要有一定的体力和耐力，才能使用笨重的工具完成重复的任务。通过整合一个机器人系统，它为那些原本身体上无法执行之前手工任务的人创造了就业机会。机器人还能够操作更重、更坚固、寿命更长的工具，而不是之前人类操作人员使用的手工工具来完成同样的工作。

磷酸盐精炼设施的6个机器人系统安装在每个位置都是独特的，这要求SAE工程师对建筑进行广泛的结构修改，并设计坚固的安装结构，以支持这些680公斤重的FANUC机器人。第一台机器人于2013年2月安装。在接下来的几年里安装了更多的系统，最近的第6个机器人安装于2018年10月完成。

(特别感谢Specialized Analysis Engineering的Lane Nielson为本节所做的技术贡献。)

当FANUC的机器人正在开采爱达荷州的熔炉时，就在离风城不远的地方，川崎的机器人正在生产电池。

建筑工业电池
重型有效载荷和熔融铅都无法与这种帮助制造工业电池的重型机器人相比。空气中的铅尘也不是，它对工人的健康有害。

电池建造公司(Battery Builders Inc.， BBI)是一家位于伊利诺斯州内珀维尔(Naperville)的工厂，为叉车和其他电动设备生产工业铅酸电池。当BBI决定升级他们的设备时，他们从他们的新机器人那里得到了比预期更多的东西。他们将以更少的劳动力将产量提高一倍以上，提高产品质量，并降低健康和安全风险。

由于老旧的设备造成了昂贵的生产延迟，BBI与密歇根州本顿港的MAC工程公司合作，更换了他们25年历史的COS(带式铸造)机器。MAC还集成了一个川崎ZX300S大型有效载荷机器人照料新的六工位COS机。机器照管任务的自动化将工人数量从7人减少到5人，并将他们解放出来，在制造设施的其他领域从事更高价值的任务。

机器人的过程首先是精确地对齐垂直堆叠的电池组，确保边缘平整。然后机器人拿起盘子，在一个大鬃毛刷上刷去末端连接器或耳片上残留的碎片。接下来，机器人将产品通过熔剂过程，通过去除金属氧化物来准备金属凸耳，这些金属氧化物在加热时会形成珠子。然后将耳片浸入锡中以建立更牢固的连接，然后再次浸入熔化的铅中以连接极板并建立正极和负极柱。最后，机器人将电池板放入最后一个工位，工位自动将电池板插入一个成型的塑料外壳中。

BBI需要一个精密的主锤，将136公斤的电池板始终保持每天500次。Kawasaki Robot有300千克有效载荷，并结合了3230毫米的长距离，在小占地面积中的宽工作包络有最小的死区。高可重复性（±0.3毫米）使其成为需要精确和沉重升降的应用。组合，这些功能使机器人能够以不同的高度到达多台机器，同时产生更一致的产品。

“我们已经看到了产品质量的明显变化，”BBI的助理经理说。“不仅机器人的动作很精确，它周围的所有设备也很精确。所有的一切都是自动化的，结合起来会产生更精确的产品。”

看看电池制造公司的川崎机器人，因为它完成了整个六工位COS过程，包括电池组对中、涂刷、助焊剂涂抹、浸锡、浸铅和套管。

在多步COS过程中，仅在更换电池类型时需要更换机器人臂尾工装。当需要换一种不同类型的电池时，操作员会更换机器人上的夹持器。

高产量，低风险
虽然增加产量是BBI升级的主要目标，但制造商获得了未预见的健康和安全效益。人工堆积电池板并将其装入箱中，会产生更多的空气中的铅尘，比新的自动化过程带来更大的暴露风险。旧的工艺还要求员工举起更重的重物，导致受伤的风险更大。

对于BBI来说，重要的是看到自动化不仅对他们的底线，而且对他们员工的工作环境的积极影响。

BBI的环境健康和安全专家说:“我们已经看到暴露在空气中的空气监测结果显著下降，我们预计随着时间的推移，空气中铅尘浓度的降低会降低血铅水平。”

在自动化过程中产生的任何空气中的铅尘都会立即被当地的排气通风系统捕获，并沉积在hepa过滤的除尘器中。在BBI的日常清洁工作中，机器人表面收集的任何残留铅尘都将通过hepa过滤吸尘器和湿擦除。川崎ZX300S机器人手腕和底座的防护等级分别为IP67和IP65，防尘性能良好。

自从更换了他们的旧COS机器后，BBI用更少的工时体验了更好、更稳定的产品质量。以前操作旧机器的员工现在在电池组装部门工作，这使得BBI可以把更多的工作时间集中在电池组装的最后阶段，最终提高他们的电池的整体质量。

自动化生产过程减少了操作人员接触空气中的铅尘，减少了他们工作所需的繁重起重工作量，从而大大提高了工作环境的安全性。一旦所有的集成完成，BBI预计将把电池的日产量从400块增加到1000块，这是自动化之前产量的两倍多。

机器人自动化在医疗保健行业也扮演着越来越重要的角色。以我们探索过的蛇状机器人为例手术室里的机器人和人工智能．他们会去传统手术工具做不到的地方。在药房，机器人正在去人类不应该去的地方。

处理危险的药物
美国国家职业安全与健康研究所(National Institute for Occupational Safety and Health)的数据显示，每年有800万美国医疗工作者可能接触到有害药物。化疗、用于治疗癌症的细胞毒素和肿瘤药物，以及关节炎、多发性硬化症和其他非癌症疾病，可能构成最大的风险。NIOSH研究表明，接触化疗药物的医护人员患癌症、染色体异常和生殖损害的风险增加。

对危险药物的安全处理、不断变化的监管环境以及整体药房效率和患者安全的日益关注，使自动化得到了更多的关注。ARxIUM是一家位于伊利诺伊州布法罗格罗夫的制药自动化解决方案的领先开发商，开发了RIVA™全自动IV复合系统。

RIVA被医院药房用于自动和准确地制备注射器和袋中的静脉注射溶液。通过自动化过程，RIVA提高了患者和药房技术人员的安全性。

更安全、更快
将准备静脉注射袋和注射器所需的重复和复杂任务自动化，减少了污染和人为错误的发生率。RIVA还确保危险和非危险剂量准确适用于儿科、新生儿和成人患者。该系统允许同时制备更多的剂量，从而提高了合成过程的效率。

一个Stäubli TX-60L UL机器人通过RIVA复合系统从一个站点到另一个站点循环药物产品。机器人在这个过程中移动物品的速度是该系统令人印象深刻的吞吐量的原因。整个系统被密封在ISO 5级环境中，以坚持严格的无菌级别的清洁要求IV合成。

请注意Stäubli TX-60L UL机器人在北卡罗来纳州阿什维尔的教会医院安装的两个RIVA自动静脉注射复合系统中的一个中填充静脉注射袋和注射器。

技术人员可以灵活地只进行单一的每日轮班，或者一些人每周7天、每天24小时运行该系统。迄今为止，ARxIUM已经为RIVA复合系统集成了50多个Stäubli机器人和控制器。RIVA系统已提供了800多万剂疫苗。

Stäubli机器人因其清洁、可靠性和可重复性而受到赞誉，它帮助RIVA系统通过提高静脉注射混合剂的安全性和准确性，提高患者护理和药房效率。2018年，医疗保健研究公司KLAS将RIVA自动IV复合系统连续第六年评为最佳IV机器人。

从工业和医疗自动化，到海船上的五星级娱乐设施，机器人没有界限。不懂行的人不需要申请这些工作。

公海上的机器人
平静的海水、翻滚的海浪、汹涌的海浪……当机器人遇到我们世界上不可预测的海洋和水道时，所有的希望都破灭了。这些六轴关节必须准备好迎接大自然的一切挑战。

RoboScreens®将工业机器人与令人瞠目结舌的视觉效果结合在世界上最大的游轮之一。该系统不仅将车载娱乐提升到了一个新的水平，也将机器人技术推向了一个新的极限。

皇家加勒比的量子级游轮是第一批以其标志性的地点——Two70°为特色的适航船只。这个多层的大房间因其270度全景海景而得名，通过横跨船的几乎三层甲板的落地玻璃墙。白天，Two70°是一间客厅，到了晚上，它就变成了一个娱乐中心，将现场表演与尖端视觉技术无缝融合，并将6个RoboScreens连接到主舞台上方的一个机架上。

优越的运动控制
由Andy Flessas(又名andyRobot®)与位于密歇根州奥本山的ABB Robotics联合开发，每个RoboScreen都是一个2米高的Daktronics LED视频显示器，安装在ABB IRB 6620机器人上。屏幕上呈现独特的视频和图像，同时机器人配合屏幕图像和舞台上的表演者表演精心编排的动作。andyRobot创建了一个名为Robot Animator的定制界面和软件包，以确保ABB的RAPID机器人编程语言、LED屏幕上显示的视频以及屏幕和机器人在环境中的移动之间的无缝通信。

在2014年的处女航之前，RoboScreen娱乐系统与超级摇滚乐队邦乔维(Bon Jovi)一起进行了全球巡演。看看我们的幕后故事，机器人低语者是谁带来了这些景象的生活提升娱乐艺术-机器人．

ABB在瑞典哥德堡的PC软件团队与andyRobot合作，对机器人进行编程，特别是在海上操作机器人的独特挑战。机器人不仅要处理自己的六轴运动，还必须补偿船与海浪相互作用时的偏航、俯仰、翻滚和平移，并在正常、中等和波涛汹涌的海面上移动。为了最大限度地减少这种运动的影响，机器人有明确的阈值，以适应不同的海洋条件。

ABB表示，其每个机器人内置的高级运动控制系统是提供一致、可靠和安全的结果的关键，以确保机器人成为现场景观的一部分，而不受干扰。观看船上表演的片段．

它们并不是唯一能在船上适应海上航行的机器人。这些机器人调酒师在五艘皇家加勒比邮轮上提供酒水。

用这个去极端的深度水下机器人．这种可潜水150米的ROV(远程操作水下机器人)被用于世界各地的水产养殖、商业潜水、市政、警察搜索和救援、军事和研究。

回到陆地上，机器人在寒冷的条件下证明了它们的力量。

北极条件下的重吊装
艾伯森是一家大型食品杂货连锁店，总部设在爱达荷州博伊西，在美国35个州都有分店，他们需要一种新的自动化解决方案来进行冷包装操作。码垛机器人需要满足非常具体的速度、有效载荷、灵活性和占地面积的要求。它还必须经受住类似北极的环境，食品级的化学洗涤可能会把汽车的油漆刮掉。

经过市场搜索，艾伯森选择了KUKA KR QUANTEC PA Arctic机器人。这款五轴机器人即使在零下30°C的低温环境下也能快速准确地完成码垛任务。多亏了北极的设计，它不需要防护服。狭窄的基础和足够的延伸允许短周期时间和高灵活性，当在寒冷的环境和有限的地板空间堆叠物品。

并不是所有的机器人都能在这种潮湿寒冷的环境下长途跋涉。看看这个库卡机器人在艾伯森做的令人寒心的工作。

在零度以下的温度和令人眩晕的高度，这些输电线路检查机器人爬上难以到达的电线，每天走几公里。反过来，他们也会让他们的两腿同事更安全，更接近地面。

不仅仅是大型工业机器人系统或者像这样的特殊用途机器人卡内基梅隆大学的搜救蛇机器人能够经受极端环境的考验。协作机器人虽小，但力量惊人。观看《万能机器人》Cobot能够承受高温和恶劣环境同时在FAA维修站进行HVOF和等离子喷涂工艺。

所以把你那些折磨人的，危险的，有毒的任务给我们。你最严酷的极端。那些太热而无法触摸，又太冷而无法掌握。在那里，人类面临着巨大的风险，不顾危险。把它们从沉重的重量和危险的高度解放出来。因为我们不怕有毒的烟雾、蒸汽和灾难现场。机器人冲进其他人敢于涉足的地方。

本文介绍的RIA成员:
ABB机器人
发那科美国公司
川崎机器人(美国)有限公司
库卡机器人集团
史陶比尔北美