极端环境下的机器人应用（3）工业电池的生产
2019-4-28 来源：国机智能技术研究院 作者：Tanya M. Anandan 吴桐
工业电池生产的重载需求和熔化产生的铅尘对重型机器人不构成障碍。而空气中的铅尘，对工人的健康是有害的。
当位于伊利诺伊州纳珀维尔的为重卡和电子设备提供电池的制造商Battery Builders Inc.（BBI）决定升级他们的设备时，他们对新机器人的预期很多。他们将以更少的劳动力使产量增加一倍以上，提高产品质量，降低健康和安全风险。
机器人自动化在这六站式工业电池制造过程中处理重载搬运作业，同时减少操作员接触空气中铅尘的风险。（由川崎（美国）提供）。由于过时设备导致生产延迟提高了成本使他们很无奈，BBI决定与来自密歇根州本顿港的Mac工程公司合作，更换他们25年前的COS机器（COS是Case-On-Strap的缩写，是指用铅将各组电池单元极板的极耳熔铸在一起，编者注）。Mac还集成了一个川崎ZX300S重载机器人来服务新的六站COS机器。自动化机器操作任务将工人数量从7人减少到5人，并使他们在制造厂的其他领域获得更多高价值任务的自由。
机器人首先精确地对齐垂直堆叠的电池板组，确保边缘均匀齐平。然后，机器人拿起盘子，将它们放在一个大毛刷上，去除末端连接器或极耳上残留的任何碎屑。接下来，机器人使产品通过一个熔化过程，为金属极耳去除金属氧化物，金属氧化物可能在加热时形成了珠状。然后将极耳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电池板并建立正负极。最后，机器人将电池板放入最后一个工作站，自动将电池板插入一个成型塑料外壳。
BBI需要一个精密的负荷能力强的设备来持续校准136公斤的电池板，每天最多500次。川崎机器人有300公斤的有效载荷，长达3230毫米的工作半径，和最小的死角空间，底座很小而工作范围很大。高重复性（±0.3 mm）使其非常适合需要精度和重物提升的应用。总之，这些特性使机器人能够对接在不同高度的多台机器，同时生产出更一致的产品。
BBI的助理经理说：“我们已经看到了产品质量的明显变化。”“不仅是机器人的运动精确，它周围的所有设备也是如此。所有的一切都是自动化的，而且这种组合使产品更加精确。”
图一图二展示了川崎机器人在电池生产中的应用，它执行整个六站COS过程，包括电池板对齐、刷、熔融处理、浸锡、浸熔融铅、和套管。在多步COS过程中，改变电池类型，只需改变机械臂末端工具即可。针对不同类型的电池，操作员会更换机器人上的抓手。
高产量、低风险
虽然增加产量是BBI设备升级的主要目标，但带来的健康和安全效益是他们没预见到的。相对于新的自动化工艺，人工堆叠电池板并将其装入箱子中产生的铅尘更容易暴露在空气中。旧流程还要求员工举起更重的重物，从而导致更大的受伤风险。
对于BBI来说，重要的是要看到自动化不仅对他们的盈亏线，而且对他们员工的工作环境也产生积极影响。
BBI的环境健康与安全专家说：“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，血铅含量会降低。”在自动化过程中产生的任何空气铅尘都会立即被局部排气通风系统捕获，并沉积在HEPA过滤除尘器中。在BBI的日常清洁工作中，通过高效微粒过滤真空吸尘器和湿抹布清除机器人表面的任何残留铅尘。川崎ZX300S机器人手腕和底座分别为IP67和IP65，并且防尘。
自从取代了他们的旧COS机器，BBI使用更少的工时获得更好更一致的产品质量。以前操作旧机器的员工现在在电池组装部门工作，允许BBI将更多的工作时间集中在电池组装的最后阶段，并最终提高电池的整体质量。
自动化的制造过程减少了操作人员暴露在铅尘空气中的中的机会，并减少了其职责所需的重物提升量，从而使工作环境更加安全。一旦所有集成完成，BBI预计每天将生产400到1000个电池，比自动化前产量增加一倍多。
机器人自动化也在医疗行业中扮演着越来越重要的角色。以蛇形机器人为例，他们去了传统外科工具不能去的地方。在药房里，机器人去了人类不该去的地方。
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