在現代汽車工業中,儘管大型機器人已廣泛應用於重型零件搬運與車身焊接,但涉及非剛性、小型部件的精細操作,如汽車線束組裝,長期以來仍高度依賴人工。這不僅導致生產成本高昂,常需將相關作業外包至勞動力成本較低的國家,也使供應鏈面臨地緣政治及全球事件(如疫情)帶來的中斷風險。此外,大型線束的儲存也佔用大量工廠空間。為解決這些挑戰,日產汽車(Nissan)正積極尋求在生產基地內實現線束的自動化與在地化組裝。
日前,田納西大學(University of Tennessee)一組由七名應屆畢業生組成的跨學科團隊,成功開發出一套創新解決方案。這項技術的核心在於設計出一套演算法,能賦予傳統工業機器人精準操作柔軟電線並將其插入連接器的能力,為汽車線束的大規模自動化生產開啟大門。
該專案最大的技術挑戰,在於電線作為非剛性材料,其運動行為難以預測。為此,學生團隊進行了大量前瞻性研究,深入探討了電線或繩索在自由空間中的懸掛、捲曲及打結等複雜動態。
田納西大學團隊開發了一套數據驅動的解決方案。他們為機器人提供了連接器的精確位置數據以及電線應遵循的通用路徑資訊。
值得注意的是,這項成果的實現,並未依賴機器人搭載昂貴的即時感測器來確認電線插入情況。該團隊透過精確的程式設計,使機器人即使在沒有視覺或力覺回饋的情況下,也能可靠地將直徑1.6毫米的電線精準插入1.8毫米的孔洞中。機器人執行一種分段插入策略:先將電線部分插入,然後重新抓取並再次推進,這種簡潔而有效的兩步動作,已足以確保電線的完全到位。
目前,學生團隊完成的機器人可組裝約50根電線的線束,但日產部分車型可能包含數百根電線,因此將此技術規模化以適應實際生產需求,是未來的關鍵挑戰。