智能化的外骨骼机器人在汽车制造业的应用

汽车制造领域的一线相关作业人员，经常需要重复搬运重物或长时间维持不符合人体工学的姿态进行装配作业，长期以来会导致腰部、背部等部位患有职业伤害。而外骨骼机器人的诞生在很大程度上改变了这种情况，不仅有效预防及减少职业伤害，同时还提高了生产效率。

外骨骼机器人在汽车领域的应用

近年来,外骨骼机器人发展迅速,在汽车制造领域，国外汽车主机厂机械外骨骼的应用比较广泛。工人们会穿戴上机械外骨骼，在使用机械外骨骼的过程中，外骨骼能够限制工人身上特定部位的压力，以此来保护工人，防止工人受伤并且减轻疲劳。
1.上肢外骨骼机械

（1）动态站立式作业

对于长时间站立作业，例如从事汽车零部件物流分拣、冲压和焊装工位间零部件搬运、装配等作业的人群，作业人员在不断弯曲与直立两种状态中频繁进行切换，如果将外骨骼机器人引入此类作业中，员工穿戴上肢外骨骼可以有效降低作业人员腹部、脊椎和颈椎等部位的劳损度。

上肢外骨骼的设计重点部位设置在腹部与髋部的结合处，背部支撑杆贴合人体，其形状与背部具有相似弧度，将髋关节与腹部结合点设计为3个自由度，以满足作业人员6个方向的运动。由于助力部位为腰部及背部，外骨骼只需上半身穿戴即可。

（2）静态站立式作业

通常用于长时间需要托举工具来完成作业的人群。例如汽车总装、焊装车间车身底部零部件装配、打磨和补焊等作业，作业人员上肢需要托举工具长时间保持作业姿态。外骨骼机器人将作用于人体的压力转移至地面，其造型需贴合人体背部曲线，提高长时间静态作业舒适度，从而有效防止头顶作业造成的肩部损伤，帮助工人分担重量来缓解工人的肩部压力。

2.下肢外骨骼机械
通常用于汽车装配流水线长时间保持半蹲姿态装配、搬运等作业人员。通过设置一个坐垫作为人体对外骨骼施压的缓冲区域，在外骨骼的膝关节处设置限位，作业人员下蹲到一定角度时，将大腿和小腿部位的转轴卡死，从而产生一个向上的支撑力。膝关节处的阻尼装置为穿戴者下蹲时提供适当速度的外力支持，降低作业者长时间下蹲对膝盖的损伤。

                            宝马美国斯巴达堡工厂智能外骨胳下肢辅助

日产汽车（简称日产）为生产新一代电动化、智能化和网联化车型，正在对工厂进行大量投资升级技术与设施。

日产汽车（简称日产）为生产新一代电动化、智能化和网联化车型，正在对工厂进行大量投资升级技术与设施。

日产汽车为生产新一代电动化、智能化和网联化车型，正在对工厂进行大量投资升级技术与设施

此次日产针对生产自动化和机器人技术的投资并不意味着机器将主导未来的工厂生产，工厂的生产仍然会依赖人工，而技术将辅助人类工作进而提高生产效率。日产的目标不仅是实现产能最大化，同时在预防操作失误、保证质量、降低工人压力与疲劳等方面展现成效。

日产工程团队致力于人体工程学的研究，分析工人在作业中的特定动作为身体带来的物理负担（例如举起重物、伸展、转身或下蹲），以及因重复操作或注意力高度集中所带来的精神负担，并选择其中最为繁重的作业流程，提出相应的解决方案，使生产环境变得更加轻松。

合理进行自动化生产

对于某些相对简单、且只需进行重复作业的生产环节非常适合交由机器来完成。比如在组装车顶的环节中，为了安装位于车顶内部的一层材质，工人必须进入每一辆车厢内部，方可完成这项高强度工作。当车辆搭载越来越多的智能网联设备后，更多的控制装置将集中在车顶区域，使得这一项工作变得更加艰巨。

通过机器人组装车顶节省更多人力

日产的解决方案是利用机器人从车辆前端将该部件送入车厢内，然后在正确的位置进行安装作业。

日产汽车公司新型自动化流程工作人员表示：“车顶组装是一项对体力要求非常高的工作，并且难度也在不断增加，而自动化需要数年的开发和测试，我们更希望让工人去完成那些需要发挥人类能动性的工作。”

自动化还能够提升质量管控过程，从而使消费者受益。日产汽车日本工厂的检测人员只需通过语音识别系统，就可以准确地完成对车辆的检测。检测结果及数据会被自动记录，不仅排除错误，还能够免除繁复的文书工作和不必要的移动。

协作式机器人提升安全保障

在焊接、组装生产线上通常会使用工业机器人。但是出于对工业机器人的尺寸、使用强度和运转速度等安全方面的考虑，通常会将机器人放置在安全围栏里。

相比之下，协作式机器人（collaborative robots）为需要工人与机器紧密协作的作业环节提供了完美的解决方案。协作式机器人主要由限定了输出功率和运行速度的机械臂组成。除了动作极度敏捷之外，协作式机器人还可以进行重新编程，以学习新任务。

日产在其追浜车辆组装工厂和横滨动力系统工厂中，利用优傲UR10协作式机器人（Universal Robots’ UR-10 cobots）完成多项需要频繁抬升或重复性的作业，如松开螺栓或搬运发动机部件等。

协作式机器人（collaborative robots）为需要工人与机器紧密协作的作业环节提供了完美的解决方案

横滨工厂生产工程师MiyakoShiraishi表示：“选择协作式机器人的原因很多。协作式机器人可以与工人们共享作业空间，我们不需要安全围栏就可以构建作业系统，并且可以轻松地移动协作式机器人以适应生产需求的变化。”

低成本自动化（Karakuri）

“低成本自动化（Karakuri）”源于日本具有百年传统的机械玩偶，指使用传统的机械部件而非电子、液压或气动的装置完成作业。

日产全球各地的工厂里运用了多种“低成本自动化（Karakuri）”设备

“低成本自动化（Karakuri）”设备通过运用挂钩、滑轮及重力平衡，提供巧妙且环保的解决方案。汽车制造商使用“低成本自动化（Karakuri）”进行长距离运输，或将指定工序的零部件自动交付到工人手中，从而使工作更轻松，更高效。

日产在全球各地的工厂里运用了多种“低成本自动化（Karakuri）”设备。工程师通过不断试验，开发和测试新的设备。对于工程师而言，设计“低成本自动化（Karakuri）”设备是一项具有逻辑性和创造性的工作，可以降低生产成本并提高生产效率，简化繁琐的工作并防止出现错误。

机械外骨骼设备减轻工人负担

日产在其巴塞罗那工厂测试了机械外骨骼设备，这种创新设备显示出增强工人体力和耐力的巨大潜力。机械外骨骼设备重量较轻（重量为1.5-3公斤），能够为执行繁重作业的工人提供肩部和手臂的支撑。在日产汽车巴塞罗那工厂，该设备已被证明可以减少高达60％的肌肉疲劳。

使用机械外骨骼设备减轻工人负担

日产利用诸多技术来减轻工人的负担。在一些工厂中，工人们可以坐在附着于机器臂的“人体工学椅（ergo-chairs）”上，快速、轻松地进入车厢内部。在某些情况下，日产汽车甚至对车辆本身进行了重新设计，使其更加易于制造。

所有这些举措都基于日产对于汽车制造的理解，即无论未来的汽车工艺多么复杂，人类都是不可替代的重要组成部分。如今，日产通过技术的进步和创造性的工程解决方案确保工人发挥出最大的才能，并最大程度地减少工人的作业负担。