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制鞋厂上新!书法机器人华丽变身“搽胶”神手

发布时间:2022-05-16 10:32:20

鞋子合不合适,只有脚知道。除了合脚,一双好鞋子质量尤为重要。很多人可能不知道,在制鞋过程中,“搽胶”这道关键工序的特殊意义。

解放人力、小批量多品种、随机误差……面对诸多柔性化的要求,目前,传统机器人仍无法很好地胜任。

哈工大机器人(合肥)国际创新研究院助力解决轻工业、手工业的生产难题,推出的复杂工艺全流程拟人化作业解决方案,从机器人本体、配套工装到系统集成完全自主研发,为劳动密集型的制鞋行业探索出一条可复制的柔性产线,填补行业市场空白,并获得国际专利授权。

制鞋行业搽胶难在哪?

我国是全球最大的鞋类产品生产及出口国,每年生产超过100亿双鞋,对于大型制鞋厂商来说,各工序基本都已实现自动化或半自动化,但搽胶仍以人工为主。

用人成本激增 厂商越来越焦虑

受人口红利消失、人口老龄化等因素影响,曾经依靠低廉劳动力的优势不复存在,搽胶的用人成本激增。投入大、产出少,让厂商们越来越焦虑。

5月7日,某外媒在关于制鞋行业生产难题中就提到,一家已在亚洲投产30年的法国体育用品公司Salomon SAS,计划迁移厂房,但回迁意味着更高的劳动力成本。

繁重劳动及化学危害  “打工人”避之不及

此外,繁重的劳动及化学品危害也让“打工人”避之不及。

以一个搽胶师傅每10-20秒搽一只鞋计算,一天生产超过千余只鞋,工作量非常大。胶水和硬化剂中的挥发性有机化合物也会影响工人健康。

一方面要克服“用人贵”,另一方面要解决“用工荒”,大量厂商纷纷寻求解放人力的解决方案,将搽胶的人工替代从远景规划上升到布局执行层面。

复杂鞋型曲线多 传统机器人难以复现作业轨迹

虽然在市面上早有用于鞋厂的自动涂胶设备,但还没有哪一款传统机器人能真正解放人力,完成复杂鞋型的搽胶生产。

安踏集团安鑫体育用品有限公司工作人员也透露,“其它的工序都在用机器,但搽胶还没有机器人能真正解决该厂的生产难题。”

受限于机器的机械性能,传统机器人还只适用于类平面涂胶,比如简单鞋型——板鞋、皮鞋、拖鞋等。

但面对复杂鞋型,比如特殊的运动鞋型等,自动喷胶设备就显的有心无力。要用示教器一点点描出鞋的形状,百余个点,编程工作量超大,还会有“盲区”。

随机误差造成工艺复杂 缺胶溢胶风险大

除复杂曲线难题,还有极具挑战性的复杂工艺。搽胶要求的误差精度是1mm,但实际生产中,鞋厂普遍存在随机误差的共性问题。同一码的鞋大小是不完全一致的,一般鞋本身的随机误差就有3毫米。

尺码不同、面料不同、鞋型不同,工艺也不同。人工搽胶时,可以根据经验,视出胶量进行实时调整,但是对于机器人,这却是致命难题。

几十款、上百款鞋型 小批量换产难题突出

在小批量多品种市场趋势下,一家鞋厂多达几十款、上百款鞋型,每款鞋型几种尺码,从领料到成型包装,几十道工序高度关联。

即使解决了单鞋型的自动化生产,无法进行多品类换产和补偿随机误差,产线也没法真正用起来。

到底能不能让机器人把老师傅的经验学会,把这套复杂流程,变成智能化、数字化的程序,“眼明手快”又“随机应变”,真正打通制鞋产线的“中梗阻”呢?

 

传统机器人很难胜任


目前,传统工业机器人、并联机器人、协作机器人在复杂工艺作业中都有局限性,仍无法很好地胜任。

传统的工业机器人存在编程难题,而传统并联机器人一般不具备拖拽示教功能。即使可以开发拖拽示教功能,其转动空间也往往非常小,没办法带动工具进行复杂作业。以DELTA为例,可以平移,但只能沿一个竖直轴旋转,而正常学习人的手法,必须配置6个自由度。

传统协作机器人虽然可以通过拖拽示教,但在精细任务方面仍有局限性,无法学习复杂工艺手法,更没法根据工件位姿变化和柔性变形主动调整手法来实现偏差补偿。

真正实现拟人化作业的并联共融机器人

从2018年起,HRG合肥研究院并联共融机器人项目组就开始进行拟人化作业的机器人产品攻克。

历经4代升级,完成了多项功能突破,成功研发行业首套“轻巧型六自由度并联共融机器人”,并获得国际专利授权。

它曾经以“书法机器人”火遍全网,如今已在鞋厂成为解决柔性产线搽胶工序的硬核武器。


融会贯通 攻克复杂工艺填补市场空白

 

该款轻巧型六自由度并联共融机器人突破性地将并联机器人Delta的结构特性与串联机器人Scara的结构特性相结合。

在电机驱动方式和安装方式、杆件尺度优化和结构拓扑优化、差速转动的载荷传递规律、机器人新构型的运动学参数标定和基于模型的控制系统设计等方面进行了全方位探索。

 

以上下两层Delta机构的联动和差动来提供末端工具的平移和转动,实现并联的六自由度构型,即比传统协作机器人更轻巧,又比传统并联机器人的作业空间大,融合多类型机器人优势,填补了机器人进行复杂工艺作业的市场空白。

 

一学就会 快速掌握师傅几十年经验


该款机器人产品,以独创的高力透明度机器人牵引示教技术、基于柔性配准的偏差动态补偿技术,开启了其强大的学习、复制和技能迁移功能。

搽胶师傅只需要用手拖拽一次,机器人即可快速掌握工人的操作手法,拐点多、触点小的复杂曲线也能完全覆盖,并且力道、手法一模一样。

 

技能硬核 精度和效率都优于人工

 

具有易用、精确、高效、安全等四大突出特点优势,不仅可以通过直接交互示教快速学习掌握老师傅的复杂工艺手法,而且精度和效率都优于人工。

团队基于自主研发的轻巧型六自由度并联共融机器人,打造拟人化搽胶示范线,探索彻底解决搽胶难题路径。

1.以模块化组装 打造高度柔性化的搽胶产线

融合人工智能、视觉算法、物联网和云平台技术等先进技术,开发

最大亮点是以数字化工厂模块组装柔性生产线,针对性地

2.全过程智能化 节省大量人工成本 

该产线是冷粘鞋的成型线,主要功能是完成鞋底、鞋面搽胶,并粘合成型。

从鞋型信息采集、轨迹矫正、偏差补偿,到搽药水、搽胶水等全过程的智能化升级,成功解放。

3.高精度高效率 小批量多品种快速换产

优势1:全品类适用 复杂鞋型复杂工艺由机器人完成

优势2:高精准作业  随机误差由全景视觉系统实时纠正

优势3:全过程监管  满足小批量多品种换产需求

目前,该解决方案已在安踏集团安鑫体育用品有限公司投产应用,包括大底视觉配准、大底一次胶、预热烘箱段、大底二次胶、鞋楦视觉配准、预热烘箱段、鞋楦一次胶、鞋楦二次胶等工序。

按生产需求实现80-120双/小时的生产速度,且品质达标,稳定性优于人工,仅楦头和工装夹具,就为工厂节省了大量成本,以高品质、高效率的实际应用效果切实为客户解决了用人难题,获得客户认可。

同时,该解决方案也成为备受社会和行业关注的典型柔性生产线搽胶案例,极具示范推广价值。

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