在准备组装零部件时，汽车制造商总是可以使用一两个帮手。一家汽车制造商在安川美国公司(Yaskawa America Inc.)的Motoman Robotics的一款双臂机器人尾部发现了这些手。
在过去的4年里，这家汽车制造商一直在使用双臂机器人，以缩短处理悬挂组件前后表面的周期时间。缩短生产周期是公司精益生产实践的一部分。
在使用双臂机器人之前，该公司使用了一个安装在数控机床前面的支架上的单臂机器人。机器人把一个零件装进机器——加工零件的前表面——然后把手伸进机器，取出零件，安装在一个翻转支架上，把它重新装进机器，这样零件的后侧面就可以加工了。
对于双臂机器人，它的手和前臂在数控机床内工作。因此，右手将零件装载到机器中，而左手在前部加工好后将零件取出。左手把零件给右手，右手重新装载零件，加工它的背面。手不需要抓着零件，使汽车制造商缩短了几分之一秒的周期时间——在数天、数周甚至数年的时间里，这些时间加起来就能显著节省成本。
装配工和双臂机器人通常使用相同的工具来完成他们的工作，例如升降机辅助设备。照片由安川美国公司Motoman机器人部门提供。
人类大小的自动化
自上世纪90年代末以来，创造具有类似人类灵活性的双臂机器人一直是Motoman公司的首要任务。Motoman试图利用学术界在双臂控制和灵巧机械手方面所做的工作，将其引入工业机器人。21世纪初，Motoman在设计上取得了两项突破，帮助它创造出了可以用于组装的双臂机器人。第一种方法是将机器人的电气和气动线路通过空心孔驱动器进行内部布线，而不是安装在外部。这样做也增加了手臂的灵活性。
第二个设计变化是创造一个七轴机械臂，它比六轴关节臂灵活50%。
Motoman技术总监埃里克•尼夫斯表示:“六轴臂可以实现多个位置和方向，但每个姿势只能有一个配置。”“然而，七轴臂提供了许多配置，就像人的手臂一样。”
Motoman在2004年推出了它的第一款双臂原型机DA9IC。该机器人可以协调独立地控制多达11个运动轴，但既没有肩膀，也没有类似人类的外观。有些部件仍用于装卸组装机器的部件。
经过进一步的研究和改进，Motoman在2005年推出了DA系列，它的第一个真正的双臂机器人结合了新的驱动器。DA10和DA20是13轴机器人，由两个蟹形的六轴手臂和一个旋转的躯干组成，每个手臂的有效载荷分别为10和20公斤。
2006年，该公司推出了第二代双臂机器人DIA10。它提供15个运动轴:两个七轴手臂和一个旋转和弯曲的躯干。Motoman还为DIA10配备了类似人类的肩膀和手臂，每个都有10公斤的有效载荷。
这些功能允许Dia10在非常紧张的区域中操纵。例如，当DIA10垂直延伸其臂时，它们达到1,440毫米的高度，但机器人只占1平方英尺的地板空间。机器人的臂可以水平伸直，以便在每个方向上达到1,100毫米，在地板上方约2英尺的高度。这种机动性使制造商能够将DIA10定位在机架，天花板或壁挂配置中的正常工作区域之间。
尼夫斯说:“在最新一代的SDA系列(Motoman当前系列)中，我们通过缩短肩关节来大幅瘦身。”“我们还将手臂安装在躯干前面，以增加工作包。”
SDA系列由三个单元组成:SDA10D、SDA20D和SDA5D。它们的单臂载荷分别为10公斤、20公斤和5公斤。
尼夫斯说，SDA10D的臂比DIA10的臂快得多，可以操作任何类型的夹持器。每只手臂水平伸展1970毫米，垂直伸展1440毫米。这些机器人可以安装在一个可选的底座上，底座可以摆动，以增加它们的活动范围和能力。
这三种型号都被用于组装汽车零部件，以及电动机和电器。SDA10D还用于塑料制造和非工业应用中处理有毒物质容器的卸料操作。
尼夫斯说:“SDA双臂机器人可以用于任何涉及一系列特定任务的应用。”“机器人的目的是适应人类曾经去过的地方。”
SDA5D机器人每个手臂的有效载荷能力为5公斤。SDA系列上的手臂可以操作任何类型的夹持器。照片由安川美国公司Motoman机器人部门提供。
弗里达
几年前，ABB开始研究和开发双臂机器人。2009年初，该公司加入了由fp7资助的罗塞塔项目，该项目旨在开发“以人为中心”的工业机器人，能够安全、直观地与工人合作。今年4月，该公司宣布已经开发出一款名为Frida的原型机，正在各种工业应用中进行测试。关于弗里达的大部分剩余研究工作都是作为罗塞塔项目的一部分完成的。
该机器人是为了满足消费电子行业和其他市场部门经常出现的敏捷生产场景而设计的。根据项目简报，Frida适合于为人类工人设计的人体工程学空间，当生产顺序改变或需要新的布局时，可以轻松地与人类同事交换。
Frida是一个15轴机器人，具有两个七轴臂，柔性夹具侧翼，侧翼使用吸盘和带有集成IRC5控制器的弯曲躯干。所有布线都在内部绕过夹具法兰进行路由。机器人可以连接到视觉摄像头。
弗里达可以在狭窄的空间操作，可以安装在工作台上或挂在墙上。它的手臂有一个类似于一个小的成人，可以到达它的基础下面的部件。Frida的特点是单相电源连接器，可以安装在装配线的任何地方。
安全性和灵活性是弗里达的主要设计标准。为了提高安全性，机器人具有较低的有效载荷和惯性、功率和速度限制，以及基于软件的碰撞检测。机器人的所有表面都是光滑的，没有捏点和尖锐的边缘。暴露区域用软衬垫覆盖。
机器人的手臂被设计成没有人体部位可以夹在两轴之间。由于动力传动系统的物理限制，两个手臂之间或一只手臂与机器人身体之间的夹点被消除了。如果检测到夹紧力，碰撞检测软件会关闭电机，进一步降低受伤的风险。特别关注的是手臂在狭窄空间的敏捷性，每个手臂采用七轴运动学。Frida具有运动学冗余，使机器人能够从工具中心点独立机动其肘部。
该功能使自动避免碰撞算法得以发展，并确保手臂始终沿着无碰撞轨迹移动，无需用户参与。一个快速连接接口安装在夹具法兰上，并向附加的工具提供工艺空气和信号。
该机器人被设计为易于在组装站之间携带，并能够在低风险的情况下与手工劳动结合，而不需要额外的安全要求。其目的是降低自动化的门槛。机器人的投资成本也被降至最低，以保证一个合理的回收期。
Frida是一个15轴双臂机器人原型，它有两个七轴手臂，两侧有吸盘的柔性抓手和带有集成控制器的弯曲躯干。照片由ABB
WAM手臂
自2010年3月以来，巴雷特技术公司一直是美国国防高级研究计划局(DARPA)自主机器人操作计划的一部分，该计划希望到2014年开发软件和硬件，使机器人在接受高层指导后能够自主操作、掌握和执行复杂任务。2010年夏天，美国国防部高级研究计划局(DARPA)首次推出了双臂机器人，它有两个Barrett WAM手臂，可以举起和放置各种物体。
大约在同一时间，英特尔个人机器人实验室(Intel Personal Robotics Lab)发布了HERB，这款机器人具有双WAM手臂、三叉抓手和Segway RMP移动基座。HERB可以捡起各种小物品，提供给人们，并将它们放置在不同的区域，同时避开障碍。这个机器人也被卡耐基梅隆大学用作研究平台。
除了这些双臂机器人外，单个WAM臂已被用于制造，外科，空间和研究应用。该臂高度响应于横跨其链接表面接触，而不仅仅在尖端。它不依赖于主动力或扭矩传感器;相反，它精确地控制电机电流。
在未来，双臂机器人将成为人类装配工真正的生产伙伴。图片由安川美国公司Motoman Robotics分部提供。
展望未来
尼夫斯说，双臂机器人在制造业的未来是光明的，未来这些机器人将成为人类装配工真正的生产伙伴。他为自己的乐观情绪列举了两个理由。首先，人类和双臂机器人已经在使用相同的工具来完成他们的工作，比如扭矩扳手、螺母传动器，甚至是起重辅助设备。第二个原因是修订后的工业机器人安全ISO 10218标准，他认为这将有助于促进人-机器人装配线的协作。
“新标准提高了机器安全和工人的安全，”Nieves说。“他们帮助制造商打破藩篱，实现成功的整合。”
