點(diǎn)擊圖片查看原圖一、項(xiàng)目背景：
在改造之前，瑞凡工廠折彎工序的板材上下料一直保留著傳統(tǒng)的人工傳送方式。而最新需要折彎作業(yè)的板材為3mm厚、3m×1.5m的大尺寸碳鋼板材，該產(chǎn)品的折彎作業(yè)人工操作難度大，需要的體力勞動(dòng)強(qiáng)，且產(chǎn)生潛在的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。
為能以降低生產(chǎn)成本并提高產(chǎn)品品質(zhì)，用戶希望在經(jīng)濟(jì)的投資原酸范圍內(nèi)，能提供一種自動(dòng)化的解決方案，并且能保證改造后的設(shè)備具有高度的穩(wěn)定性、可靠性和自動(dòng)化程度。
Think Automation在溝通用戶需求后，發(fā)現(xiàn)了另一潛在的需求：設(shè)備市場(chǎng)的競爭變化要求改造后的系統(tǒng)具有一定的柔性生產(chǎn)能力——適應(yīng)多批次、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)間的快速切換。由此，雙方達(dá)成了一致的改造方案思路——采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人上下料。
1.基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用性考慮，整個(gè)自動(dòng)化改造項(xiàng)目成本控制嚴(yán)格，Think Automation首要考慮的是在有限的預(yù)算內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的系統(tǒng)構(gòu)造。
2.上下料的便利性：由于本案暫不涉及自動(dòng)化生產(chǎn)連線，前道的金屬板來料為人工集中送入，這就需要考慮如何應(yīng)對(duì)人工上料后形成的定位誤差。
3.該金屬板材最終用于果樹加工機(jī)械設(shè)備的鈑金件，因此整個(gè)加工過程需要盡力實(shí)現(xiàn)無刮痕的作業(yè)目標(biāo)。
4.在機(jī)床本身數(shù)控系統(tǒng)DELEM不完全開放的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人折彎動(dòng)作與機(jī)床進(jìn)刀動(dòng)作的同步。
5.折彎機(jī)工作臺(tái)面較低，而機(jī)器人作業(yè)需要保證有一定的凈高空間。
1.現(xiàn)場(chǎng)布局設(shè)計(jì)：Think Automation為瑞帆設(shè)計(jì)了一種四工位機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)呈“十”字形布局：機(jī)器人居中，分別對(duì)應(yīng)折彎機(jī)、人工集中上料暫存、重力對(duì)中定位架、成型產(chǎn)品下料臺(tái)。該種設(shè)置方式布局緊湊，節(jié)省了工廠空間，提高了工位間的轉(zhuǎn)換作業(yè)效率。
2.機(jī)器人選型問題：
3m×1.5m，3mm厚板材，重約100多kg，如此尺寸與體量，機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型均需要慎重考慮：為此，在綜合估計(jì)了機(jī)器人手臂活動(dòng)范圍與作業(yè)區(qū)間尺寸的匹配性、抓手自重重量及抓取金屬板后的重心偏離因素、以及機(jī)器人末端有效負(fù)載衰減曲線，Think Automation為用戶選擇了KUKA機(jī)器人KR 240 R2900。
該款機(jī)器人屬于KUKA家族 QUANTEC-ULTRAS系列，該系列機(jī)器人具有在重負(fù)荷情況下提供最佳績效和無限動(dòng)態(tài)特性的性能優(yōu)點(diǎn)。KR 240 R2900機(jī)器人作用半徑大至 2900 毫米，而機(jī)身只有 1145 公斤的自重，并可輕松操作處理高達(dá) 240 公斤的負(fù)荷。
3.機(jī)器人作業(yè)空間的拓展與機(jī)動(dòng)性能的提高：
盡管KR 240 R2900機(jī)器人具有2900 毫米的臂展半徑，但這在該項(xiàng)目中并不能完全滿足大尺寸產(chǎn)品折彎作業(yè)中的翻轉(zhuǎn)空間需要，因此，Think Automation為機(jī)器人加裝了3M的行走機(jī)構(gòu)（與機(jī)器人集成于一體的直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌伺服作為第7軸直接接入KUKA機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制），以最大化發(fā)揮機(jī)器人機(jī)動(dòng)性能，提高作業(yè)空間的寬度，以減少大尺寸產(chǎn)品折彎作業(yè)期間轉(zhuǎn)向時(shí)的周邊設(shè)備干涉影響。
4.折彎用機(jī)器人抓手設(shè)計(jì)：
產(chǎn)品重量已超過100kg，考慮機(jī)器人末端有效負(fù)載衰減及板材產(chǎn)品抓取后的中心偏離等因素，即使選擇240kg負(fù)載的機(jī)器人，也需要更進(jìn)一步優(yōu)化抓手設(shè)計(jì)，使得抓手在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，盡可能降低自重，以使得機(jī)器人作業(yè)效率更高、更節(jié)能。用戶對(duì)于板材表面無刮痕作業(yè)要求，需要Think Automation考慮抓手的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證抓取后的受力平衡、表面無損傷。
基于以上考慮，Think Automation最終設(shè)計(jì)了航空鋁型材結(jié)構(gòu)作支撐的框架構(gòu)造作為抓手支撐，厚唇邊單層吸盤組以9×3的矩陣平均分布于型材支架上，并由9組閥體分組控制真空。
該設(shè)計(jì)方案由Think Automation機(jī)械工程師據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，并吸取了國外成熟的應(yīng)用技術(shù)后，獨(dú)立設(shè)計(jì)而成。最終交付使用的抓手吸取板材穩(wěn)定，形成真空速度快，搬運(yùn)作業(yè)中受力均衡，且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用。
5.折彎前后的上料及下料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：
在現(xiàn)場(chǎng)無自動(dòng)化連線的前提下，Think Automation設(shè)計(jì)了建議可靠的成品儲(chǔ)料架及集中上料對(duì)方機(jī)構(gòu)。集中上料定位機(jī)構(gòu)為一焊接制成的直角型導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，只需要人工用叉車將一托班板材集中叉放到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)即可。機(jī)器人抓取作業(yè)時(shí)通過光電信號(hào)及抓手真空度檢測(cè)判斷板材位置。
因機(jī)器人本身具有穩(wěn)定可靠的高重復(fù)定位精度，且折彎后的產(chǎn)品無需很高的碼放要求，因此下料機(jī)構(gòu)同樣為一帶直角型導(dǎo)向阻隔機(jī)構(gòu)的簡單碼放工作臺(tái)。
6.折彎產(chǎn)品抓取前的中心定位精度控制：
折彎作業(yè)需要精確的定位精度及對(duì)準(zhǔn)位置，而該案中靠人工集中上料放置的板材不具有可行的位置精度，且人工作業(yè)的隨機(jī)性無法保證一致性。Think Automation為用戶設(shè)計(jì)了專用的重力中心點(diǎn)定位架——一副雙角度傾斜的滾珠定位架（詳見圖示）。而該定位架的巧妙之處在于充分利用了產(chǎn)品自重與一致整齊的邊緣特性及機(jī)器人的動(dòng)作柔性，且并未耗費(fèi)太多的檢測(cè)及電子機(jī)械結(jié)構(gòu)。
機(jī)器人在抓取人工堆置的板材后，現(xiàn)將板材移放到定位架（該過程機(jī)器暫不需要考慮精確定位問題，只需要模糊匹配即可），抓手松開后，鐵板通過自重作用下，通過部署于定位架底部的若干滾珠及兩角邊上的滾輪滑動(dòng)到角落。此時(shí)，機(jī)器人再從程序設(shè)定好的中心點(diǎn)位置進(jìn)行二次抓取后，搬移到折彎機(jī)進(jìn)行作業(yè)。
7.機(jī)器人作業(yè)空間的優(yōu)化：
考慮到現(xiàn)場(chǎng)的折彎機(jī)床不做加高處理（以方便后期可能的改造及檢修的方便性），而同時(shí)要為機(jī)器人作業(yè)留足凈高空間，因此，Think Automation設(shè)計(jì)了安裝機(jī)器人用的地溝，機(jī)器人“藏身”于地溝中作業(yè)，其手臂抓取產(chǎn)品后懸舉在上空進(jìn)行折彎過程中的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。同時(shí)，該種設(shè)計(jì)方案使鐵板作業(yè)中的搬運(yùn)高度降低，方便了人工集中上料、成型產(chǎn)品送出的便捷性，也降低了安全風(fēng)險(xiǎn)并增加了現(xiàn)場(chǎng)的美觀性。
8.折彎機(jī)與機(jī)器人同步作業(yè)：
PBH系列數(shù)控板料折彎中心的DELEM數(shù)控系統(tǒng)并不完全開放，機(jī)器人與其實(shí)現(xiàn)完全的同步作業(yè)理論上是可能也可行的（在國外已有成熟案例），但限制于商務(wù)因素及雙方開放性技術(shù)協(xié)議與程序通信調(diào)試打來的各種麻煩及可能的不可控成本因素，而且該項(xiàng)目應(yīng)用中并未過高要求折彎機(jī)與上下料機(jī)構(gòu)的同步精度，因此，Think Automation最終建議用戶采取了折衷方案：通過IO點(diǎn)位信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步協(xié)同。
該同步方案的實(shí)施，需要系統(tǒng)調(diào)試與機(jī)器人編程工程師的經(jīng)驗(yàn)，Think Automation工程師以出色的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)解決了這一難題，并贏得了客戶的認(rèn)可與贊許。
四、系統(tǒng)構(gòu)成：
機(jī)器人：1、德國KUKA工業(yè)機(jī)器人KR 240 R2900 ULTRA (KR QUANTEC ULTRA)，最大作用范圍2896 mm，240kg有效負(fù)載，±0,06 mm重復(fù)定位精度。2、KRC4機(jī)器人控制系統(tǒng)：多核處理器，60G硬盤，基于Windows平臺(tái)的控制系統(tǒng)，歷經(jīng)驗(yàn)證的底層架構(gòu)與控制方案。
3、SmartPAD示教器：6.5英寸真彩觸屏，6D鼠標(biāo)旋鈕，防疲勞與緊張?jiān)O(shè)計(jì)按鈕，人體工程學(xué)按鍵與界面設(shè)計(jì)。
機(jī)器人的周邊設(shè)備（Think-Automation 出品）：
1、機(jī)器人抓手：鋁型材框架結(jié)構(gòu)、多組分控制真空吸盤
2、上料定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：直角形鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向架，托盤定位
3、中轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)：重力式自動(dòng)定位臺(tái)
4、下料裝置：直角形鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向架
5、檢測(cè)裝置：真空檢測(cè)（用于檢測(cè)是否吸取金屬板或偏離故障）、到位檢測(cè)
7、電器控制：機(jī)器人與折彎機(jī)通訊、抓手與周邊機(jī)構(gòu)信號(hào)控制
8、安全圍欄及安全門
折彎機(jī)上下料機(jī)器人系統(tǒng)集成主要由機(jī)器人和周邊設(shè)備兩大塊有機(jī)組成，而在整套系統(tǒng)的集成實(shí)施過程中，則不僅僅匯入了瑞帆公司與欣志人的創(chuàng)造思路與勞動(dòng)汗水，還有KUKA機(jī)器人團(tuán)隊(duì)與眾多零部件供應(yīng)商的合作支持。項(xiàng)目實(shí)施的成功，并不是憑借Think Automation一己之力，即使算得上成就，那也是我們站在了巨人們的肩膀上，或者說是先賢們的引導(dǎo)下前進(jìn)了一步。
五、改造后的自動(dòng)化系統(tǒng)成效
1.高產(chǎn)能高效率：如眾多自動(dòng)化系統(tǒng)功效一樣，瑞凡機(jī)器人折彎系統(tǒng)為工廠折彎效率的提升做出了很有說服力的貢獻(xiàn)——至少，機(jī)器人解決了人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度與安全風(fēng)險(xiǎn)難題，同時(shí)，可24小時(shí)連續(xù)無疲勞作業(yè)的特性是無與倫比的。
2.高柔性高穩(wěn)定性：機(jī)器人通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，如數(shù)控一樣的便捷變成操作，KUKA機(jī)器人自帶的多功能人體工程學(xué)示教器，工廠設(shè)備工程師可通過示教器快速進(jìn)行新產(chǎn)品適應(yīng)性的程序切換。（Think-Automation 出品）
3、高品質(zhì)高一致性：±0.06mm重復(fù)定位精度，75,000+小時(shí)平均無故障間隔，KUKA機(jī)器人以德國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)獲得了廣泛的市場(chǎng)認(rèn)可。
出色的機(jī)器人自動(dòng)化方案，并不需要堆疊一大堆專業(yè)的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)與控制軟件（盡管有時(shí)這種方式顯得很重要），根據(jù)實(shí)際的需要出發(fā)而產(chǎn)生有價(jià)值的解決方案，才是為眾人認(rèn)可的。
如本機(jī)器人折彎上下料方案中，欣志機(jī)器人為瑞凡提供的設(shè)備服務(wù)中并未涉及到諸如激光位置檢測(cè)、KUKA離線編程、折彎軟件 包BendTechPro等看起來神乎其神而用起來價(jià)格不菲的東西，但同樣滿足了用戶提出的需求。即使在未來有可能拓展到更高程度的自動(dòng)化，加裝一些功能包也是完全可行的。