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在斯圖加特舉辦的第35屆Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會上，來自全球27個國家，近900家參展商展示了生產和裝配自動化產品各式各樣的配置。此外，輕結構的議題已經不只停留在大家的口頭上，而是已經可以在Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會上進行展出，并且成為此屆展覽會的展出重點。此外，第10屆Bondex世博會也在同一展出場地同時舉行，Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會和Bondex國際粘結技術展覽會組成了一個展出技術、產品、生產自動化結構件以及靈活性要求高的變形件裝配的博覽會二重唱。特別是向人們展示在輕結構實踐中的應用型機器人，如今，輕結構組件和結構組件的制造與機器人技術的結合十分緊密。

在輕結構件的制造方面：人們可以看到精準變換粘結材料進行生產;粘結材料和結合料的應用、原材料件的輪廓切割、鏜孔和裝上邊緣;半成品件的處理或半成品件加工工具。在將輕結構件安裝成為結構組件的過程中，人們可關注到加工處理、結構件的接合以及所使用的接合作業工具;在成品件的進一步加工中所進行的檢驗和處理。

圖1  企業在標注了設備是機器人技術的情況下，可提供EGS 自動化技術，如 Epson 公司研制的機器人可持續進行4周的非強制性試驗

在所有的流程步驟中，機器人和機械臂夾緊裝置以及材料流外圍設備均起著核心作用。機器人技術在這些生產流程中均能夠快速、動態和可重復性地實施作業和輔助性作業，在輕結構中的應用方面，則使用相應的剛性、動態及靜態高加載能力的機器人/機器人臂和夾緊裝置/拉緊工具實施作業。在此，首先必須考慮結構和材料技術方面的問題，接下來才是要考慮在自動化生產中輕結構的應用以及在輕結構部件和結構件的安裝作業以及進一步進行工業性生產制造領域中的問題。

如今，人們的意見達成一致：共同的目標應當是為中小企業(KMU)進入自動化提供入門門檻。現在就有很多產品表明，如何才能夠做到這一點。例如 EGS 自動化技術公司便介紹了接近實際應用的技術解決方案。該企業不久前提出了一個另類的口號，即人們可在長達4周的時間內不承擔購買義務地試用一部機器人，之后再選擇是退貨還是購買。這與提供優惠租用和提供一整套技術服務不同的是，機器人生產廠家提供機器人，并且與客戶一起使機器人投入生產運行，機器人生產廠家在客戶使用機器人的頭一個半天時間內為其提供技術指導。EGS自動化技術公司今年參展Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會的重點是其Sumo結構系列的4個機器人成員，這些機器人有不同的新功能和任選項：其中，Sumo Quatroplex是一個結構緊湊的入門性技術解決方案;而Sumo Magaplex則是一個帶有大工件自主裝置的托盤系統;Sumo Fotoplex和Sumo Ecoplex組合系統則用于由粒狀松散材料制成工件，并且在制成梁式工件的流程完成之后，將梁式工件輸送到托盤上。

圖2  作業空間給工作人員造成作業困難時，機器人單元 Flexfellow可擴展“Ceiling”模塊，這種技術解決方案可調整高度，從而可實現擰緊螺栓作業以及如運輸等的簡單作業

Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會除了推介機器人技術解決方案的經濟性優點外，還優先介紹人與機器人合作進行作業。KUKA設備制造公司將在Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會上用最小的機動Flexfellow機器人來演示人-機器人-合作( MRK)的優勢。

機器人單元輔助作業人員完成困難作業

近年來，KUKA公司在研發人-機器人-合作( MRK)新的技術方案方面一直走在前列，使人和機器人在沒有安全圍欄的情況下合作進行作業。如，這家位于奧格斯堡(Augsburg)的企業研發的位置靈活的機器人單元——KUKA Flexfellow已經在大眾汽車廠(VW)的汽車組裝作業線上使用。在此，機器人單元輔助人員完成人難以接近的汽車一側的螺栓擰緊等工作，然后汽車由無人駕駛系統(AGV)提供給下一個作業點。該技術解決方案基于多個KUKA設備的技術和一臺7軸輕結構機器人LBR iiwa。機器人單元KUKA Flexfellow具有感覺靈敏性能，能夠自主地感應到汽車螺栓所在位置，如果無人駕駛系統(AGV)沒有準確地停到工位上，還能夠通過瞬時傳感器進行識別，當機器人感受到有人或其他障礙靠近時便停止運行。整個工位，如螺栓或者定位設備以及帶有人-機界面的汽車通過臺，必須按照人- 機器人-合作( MRK)的應用進行設置。這才意味著這些部件滿足了通常的技術要求，與此同時，這些部件還必須是較輕的、圓形的且總體上來說必須是安全的。在高級技術解決方案(Advanced Technology Solution)方面，KUKA公司為集成和終端客戶提供一個廣泛的通過人- 機器人-合作( MRK)部件乃至有生產許可證的的人- 機器人-合作( MRK)技術的整套設備的組合配置。

具有轉換性能的組裝系統取代大型機器人

位置靈活的機器人單元集成了所有必要的部件，如一個客戶專用的機器人控制裝置、一個螺栓夾緊裝置、一個顯示設備狀況圖像化信號燈以及一個斷開模塊。KUKA公司高級技術解決方案(Advanced Technology Solution)副總裁 Henning Borkeloh表示，這樣位置靈活的機器人單元便會結構緊湊。“在汽車制造業，沒有設置帶有大的防護圍欄的外部系統的位置。”他又表示，“一部傳統的工業機器人所需占位最多可能可能是大眾汽車廠(VW)安裝的機器人單元Flexfellow所需占位的5倍。”機器人單元 Flexfellow在生產中特別靈活，可隨時將其推到新的使用的地方，整個系統由多個單元組成，能夠快速地進行改裝。這種技術解決方案便總是能夠有多樣化的變化，并能夠在較短的生產循環周期內有效地進行作業。Henning Borkeloh繼續說：“人-機器人-合作( MRK)具有轉變功能的安裝系統在傾向型生產理念(Lean-Production–Idee)的意義上取代了設置在安全圍欄后的大型機器人，這是我們的愿景。”

圖3  圖為帶有發動機機組控制裝置的萬能夾具正在進行作業，可見Schunk公司的PGN 系列夾具十分適用于自動化工業

改進型夾緊技術有助于機器人進入安裝作業領域

如果不能夾牢或是夾牢后又會松開，那么再好的機器人臂也是沒有用的。為此，在本屆 Motek 國際生產和裝配自動化專業展覽會上還展出了最重要的夾具生產廠家的最新研究成果。例如，Schunk公司帶著其最新研究成果PGN plus系列夾具來參加本屆博覽會。Schunk公司的特殊技術是多齒導軌。傳統的T槽導軌所有的力和力矩都是作用到兩個導軌上的;而多齒導軌卻相反，其是將負荷分配到多個平行布置的對稱雙角導軌上的。這樣，便抑制出現負荷峰值，由此降低了磨損。而更加主要的是，由于齒比較長，所以Schunk 公司的多齒導軌在夾具相同的情況下夾緊力較高。同時，這樣也有助于多齒導軌的作業重復性，該多齒導軌的作業重復性可持續保持在0.01毫米。為了實現將大的力作用到小的結構空間，Schunk公司研制的多齒導軌采用了一個橢圓活塞驅動裝置。該公司的PGN系列夾具當前的變形裝置是帶有數字化控制裝置和24?V驅動裝置的PGN plus Elektrisch系列夾具。通過使用一個M8標準連接裝置，可借助于集成的傳感器搜索兩個夾具的位置。中小型企業(KMU)也可使用Schunk公司研制的PGN系列夾具。對于中小型企業來說，PGN系列夾具既沒有機電一體化的技術訣竅，在投入使用前也不須另行進行程序化。而IPR的混合式平行夾具則不同，IPR混合式平行夾具是一個快速伺服定位裝置和一個程序可靠的氣動夾具相結合的產物。通過集成的伺服電機，可自由將行程進行程序化，這樣便可處理不同大小的工件。通過夾具板牙的準確預定位，可將作業周期降至最短。采用混合式平行夾具時通過抓緊力來夾緊工件，借助于 RPW夾具系列和IPR混合式平行夾具的IPW夾具系列可氣動式地可靠夾緊重量最大為80?kg的工件。夾具氣動作出反應，伺服電機便不必持續工作，這有利于驅動裝置節省能源成本。與機器人進行信息交換的夾具裝置的特點是，混合式平行夾具的電動驅動裝置是作為機器人控制裝置的一個附加軸集成的，這樣便確保了快速且簡單的交互。帶有附件的混合式平行夾具也可用于執行測量和檢驗任務。

遺憾的是，當要夾緊表面敏感的結構件時，機器人臂和夾具達不到技術上的最高效率。這種情況經常在汽車制造業、半導體和顯示技術中出現。為此不久前，Leibniz新材料研究所(INM)已研究出了Gecomer技術，該技術與壁虎的附著原理相仿，由此降低了損壞工件或持續的殘留附著力的風險。

圖4  使用進一步研發的Gecomer結構可實現每25㎡上20kg材料的夾緊，這些材料的重量相當于40個平板電腦

Leibniz新材料研究所(INM)的科研人員稱，他們研究出的Gecomer結構的附著力可最多抬起每25㎡面積上的20?kg的材料，這相當于40個平板電腦的重量。這樣便可利用一個這樣的夾具來運輸重的、輕的和敏感的物體，這在“工業4.0”領域則尤為重要。Leibniz新材料研究所(INM)功能性微觀結構項目的Karsten Moh解釋說：“人工合成制造、用顯微鏡才能進行檢驗的微觀結構的支柱托臂，被稱作Gecko結構，可通過純物理轉換作用附著在物體上。通過對結構的機械控制，可實現附著和切斷附著。這樣便可以很快速且準確地抬起和放下物體。”他指出，這種應用也可在真空條件進行使用，“使用新研發的附著系統，所實現的粘著力可達 8?N/平方厘米。在進行此項研究的過程中，該系統能夠承受15?000次附著試驗。”輕度不潔表面也能可靠附著。人們親眼所見的是，該項目的科研人員正在拱形表面上進行附著試驗。

Motek國際生產和裝配自動化專業展覽會上還將展出控制系統。如Pilz公司將帶著其PMC primo MC型的機動控制系統參展。這種開放式外部控制系統相對迄今為止的驅動集成式PMC primo C型控制系統不同的是，與PMCprotego 5安全卡共同使用，會產生一個可靠的結構緊湊的驅動技術解決方案。可以想象的是，該控制系統的應用范圍會很廣，也適用于抓取和生產線應用，該應用由一個存儲器程序化控制裝置(SPS)的控制功能和機動控制功能組成。借助于加大功率可達到較高的循環作業次數。

也可用于臺面作業的張緊裝置

Matrix公司因另一種夾緊技術而被人們所熟知：也就是單個裝有彈簧的挺桿，每個挺桿可與任意輪廓相匹配，這樣便能張緊每個表面。通過工件在挺桿內的固定負影像來張緊下一個外形一致的物體。如果所要張緊的物體更換了，通過松開固定螺栓，挺桿便又回到起始位置。Matrix張緊系統不僅可用于工件的張緊作業，而且還可以用于臺面作業。為此，僅需一個螺絲扳手，而該螺絲扳手能夠用于該系統中的所有螺絲。