美國國家標準與技術研究所（NIST）正在支持中小型制造商（SMM），研究如何使機器人系統更容易編程和使用，以及開發新型抓取和操縱技術。

制造業機器人技術正在走一條與機械加工和固定自動化系統類似的創新之路。雖然投資回報率最容易用效率和成本節約來衡量，但制造商也在尋找機器人技術來幫助他們解決運營中的痛點，創造新的機會。例如，更有效地連接流程或減少外包功能的需求。

中小型制造商(SMMs)使用機器人技術的增長路徑越來越注重應用和附加功能，而不僅僅是效率和持續改進。增加SMMs采用機器人技術的關鍵是使機器人更容易使用和重復使用。具體來說，機器人的采用取決于機器人是否具有更像人類的靈巧性和自我控制能力。

讓機器人更容易使用

Bots_For_Small_Mfg為了更好地支持中小型制造商，NIST的科學家和工程師，特別是NIST實驗室，正在努力縮小尖端技術和目前部署在許多制造車間的技術之間的巨大差距。這種差距主要是由于缺乏必要的測量科學來驗證和確認新興的研究，從而減少采用的猶豫和風險。

NIST智能系統部門的優先事項之一是推進抓取、操縱和安全性能，這將使SMM能夠有效地部署機器人解決方案。這項工作包括性能指標、測試方法和相關的測量工具，可以成為行業標準。該研究通過關注以下幾個方面來推進制造業中的機器人技術。

更好的可重復性，使機器人能夠在X,Y,Z坐標系空間內可靠地進行運動和動作。

更容易使用的人機界面（HMI），讓操作人員對任務進行編程并與機器人進行互動。

新設計的抓手可以實現更精確的、類似于人類的動作；及更好的安全性和環境意識。

現在進入車間的進步之一是手持式HMI設備中的軟件，它可以將人類的坐標參考（右/左，向/遠）轉換為傳統的笛卡爾X、Y、Z坐標。這使得操作者可以更容易地對協作機器人進行編程。利用人機界面進行編程的改進，使得一些機器人可以由焊工進行編程，焊工可以為有關工藝的動作和行動建模。

下一代機器人裝配

制造業早期采用機器人技術的重點是不需要特殊技能或提供附加值的重復性任務。例子包括碼垛、裝貨/卸貨、材料處理和裝箱（圖1）。

Figure 1:The most popular robotic applications by usage.

目前，裝配作業只占機器人應用的2%，不過NIST研究人員和行業專家認為，隨著操縱技術的提高，裝配作業在SMM中的廣泛應用大有可為。可能擴大裝配工作的領域包括：

1、連接電氣元件

2、穿線和插入緊固件；

3、線路布線

機器人裝配面臨的挑戰之一是在執行復雜操作時必須考慮到眾多的變量。例如，夾持器拿起并移動一個零件所需的最佳力，可能與生產中后期的穿線操作所需的力不一樣。隨著觸覺傳感的改進，機器人將能夠使用適當的力來抓取一切，有可能減少該生產過程所需的步驟。

NIST實驗室的工作包括利用六軸力和扭矩傳感器進行抓取的創新設計，包括模仿人類雙手的機制。

靈活性和多功能性

NIST實驗室正在利用電氣和電子工程師協會的標準平臺，為四種最常見的機器人抓取器研究大約十幾種抓取和操縱的測試方法。

真空--一種用于平坦光滑表面的標準臂端工具，通常用于碼垛和包裝。

氣動式--由于在工業操作中產生的噪音，也被稱為 "砰砰抓手"，這種通用型的抓手通常用于拾取和放置操作中的小物體。

液壓--最強的--也是最復雜的--工業抓手。

伺服電動- 高靈活性和成本效益，在處理零件時允許不同的材料公差。

成功的關鍵

機器人技術的吸引力之一是，可以對機器人進行構建和編程，使其幾乎可以做任何事情。但是，與固定自動化系統不同，機器人功能和易用性之間需要權衡。您在機器人中構建的功能越多，條件要求中必須考慮的環境因素也就越多，這使得對機器人進行編程和將其集成到其他任務的操作中變得更加困難。

如果制造商沒有適當的支持系統，包括合適的員工，那么使用機器人技術進行小批量計劃也可能會很困難。當SMM理解具有正確設置和編程的機器人系統如何節省重組成本時，機器人的采用率將會提高。擁有10名或10名以下員工的制造商一定會派出機器人專家來確保整個設備的有效性，這并非毫無疑問。

機器人技術指南

為了在制造操作中（尤其是在SMM中）增加機器人技術的使用，MEP國家網絡的一部分Catalyst Connection匯集了易于理解的機器人技術指南。它確定了成功探索機器人在制造業中的使用的許多關鍵。建議包括：

確定資源，包括內部擁護者，以獲得所需的支持水平；

確定您的需求或痛點；

優先考慮支持工具

ID制造實例

從小處著手，保持簡單

建立業務案例，但一定要考慮到工具，配件和集成復雜性的2到4倍硬件成本。

MEP中心可以提供幫助

對于中小型制造商來說，機器人系統的初始部署可能令人生畏。對于美國企業來說，在專家們一個本地MEP中心隨時準備幫助你探索-可能采用-機器人。與他們聯系，了解機器人技術如何通過添加新功能來幫助您擴展業務。

關于NIST

美國國家標準技術研究院（NIST）成立于1901年，現隸屬于美國商務部。NIST是美國最古老的物理實驗室之一。國會成立了該機構，以消除當時對美國工業競爭力的重大挑戰-一種落后于英國，德國和其他經濟競爭對手的二流測量基礎設施。

從智能電網和電子健康記錄到原子鐘，先進的納米材料和計算機芯片，無數的產品和服務在某種程度上依賴于美國國家標準技術研究院提供的技術，測量和標準。

如今，NIST測量支持從最小的技術到最大，最復雜的人工創造物-從如此小巧的納米級設備到數以萬計的人發絲都可以安裝到抗震的摩天大樓和全球通訊網絡中。