【机器人】 工业机器人应用方案

随着FANUC发那科浇铸机器人系统集成相关技术的不断发展和成熟，工业机器人应用范围不断扩展，产品涵盖金属焊接、喷涂、浇铸、装配、搬运、包装、激光加工等方面，应用领域包括汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。不同用途的发那科浇铸机器人系统集成在工作环境、机器人的自由度、与外部系统的信号交互控制等方面存在较大的差异。作为工业发那科浇铸机器人系统集成的主要应用之一，浇铸机器人具有以下显著特点：

（1）可靠性强、稳定性高、正常运行时间长；

（2）安全性高，浇铸中金属液体温度极高，要充分保障人员、机器人和其他财产安全；

（3）速度快，浇铸工艺决定了操作周期时间短；

（4）精度高，保证零件生产质量稳定；

（5）运动范围广，为提高工作效率，一般一台机器人同时为多台浇铸机浇铸，要求机器人具有较大的运动范围；　　（6）信号多且交互频繁；

（7）坚固耐用，能适应普通浇铸车间恶劣的生产环境；　（8）通用性和柔性化，适合不同的应用场合。鉴于浇铸机器人的上述特点，本文将结合其应用实例，介绍相关的设计方案和一些具体问题的解决措施。

发那科浇铸机器人系统集成是由一个曲臂结构的机器人将所需要的熔液浇铸到型箱里。根据尺寸的大小不同，为此设置的浇铸勺可盛液态金属.达100公斤，并可借助快速夹紧系统进行快速更换。发那科浇铸机器人系统集成的Flex-Cast浇铸系统浇铸轴保护温度敏感的部件，如用于驱动回转运动的伺服电动机，可以保护它不被炽热的熔液所损坏。此外，它还负责将浇铸勺精确回转到从保温炉中提取液态金属以及将液态金属浇铸到型箱中的位置上。借助于两根连杆和偏心轴，运动过程几乎与温度无关，而且毫无间隙。运动的精确到位以及定位和计量的高精度都与此紧密相连。可以测到的误差小于1%。其次，连杆传动装置的刚性很强，可以长时间无需维护并且没有磨损。传动装置持续润滑，并且用钢制外壳加以保护，使之不受外界环境温度的影响。因此即使在恶劣的环境影响下，也可以可靠地进行工作。利用产业机器人进行浇铸有很多优点。首先它保证了高度的灵活性。机器人的运动借助一套为此而研制的软件进行编程和控制。这些软件是由Robotec Engineering GmbH公司的专家们编制的。该公司有员工30人，主要从事铸造车间手工操纵和自动化技术方案的研究。这些软件可以不需要具备编程知识就能使铸造过程参数化。在一个键盘敏感的图形屏幕上，只需输进用于产业机器人运动的参数（也就是所谓的浇铸曲线）就可以了。除了起动位置之外，其中还包括浇铸勺进进到熔液的深度，回转的速度以及浇铸勺在浇铸型箱时的角度位置。控制装置将一次性调好的参数作为数据组保存在数据库里。这样，数据在重复使用时就可以通过按键自动调出和接收。这样就将机器人的安装用度减到了最小程度，并确保了浇铸时的高度灵活性。此外，浇铸机器人还可以同另一台机器人连接，这台机器人可以在型砂中钻出浇口和进料口。了解这一过程必要的数据可以减少模型和浇铸设备的安装时间，一旦更换到别的铸件上时，浇铸机器人会自动接收浇口的位置，这样就避免了转移错误。结果是达到了高度的过程安全性，而且即使在浇口和进料口发生变化时过程也非常安全。　　FANUC发那科机器人浇铸系统集成的浇铸位置自动纠正 　　数据经过网络保存在中心数据库和浇铸机器人的控制装置里面，然后由机器人自动纠正浇铸熔液的位置。这样就保证了参与浇铸的所有设备部件都能按当前的数据进行工作。这就避免了浇铸错误和设备停工停产。型砂铸铝工以这样的方式获得了灵活性，同时也大大进步了过程的安全性以及铸造的质量。

当前状况/任务

Wolfsh?her 陶土制品厂多年来一直寄希望与一种具有经济意义的自动化方案。例如，该公司在运输带有槽榫接合的耐火黏土管时，迄今为止都使用线性滑轨。由于相关的工厂即将停产，所以公司认为可以利用这次工厂搬家的机会来更新传送设备。

实施措施/解决方案

现在，耐火黏土管的传送工作由三台库卡机器人来进行；因此，公司的生产能力、产品质量以及灵活性都有了提高。三台机器人中包括一台四轴的码垛机器人 KR 180 PA 及两台六轴普通机器人 KR 45。由耐火黏土制成的毛坯被自动切割成 330 或者 660 mm 的长度。每四个 330 mm 长的管件及一个短的座圈作为一个单元，由 KR 45 此后码垛成一个塔。生产 660 mm 长度的管件时，两个管子和一个座圈组成一个单元。接着，它们被传送到管道生产设备的运输槽处。该处的操作人员在控制台的屏幕上选择适用于毛坯直径长度的程序。对于机器人，操作人员可以使用库卡控制面板。传送 330 mm 长的管道时，将交换着每次在槽内放两个管坯（可选择是否带座圈），然后将其传送到抓取位置。在那里，KR 180 PA 用真空吸持器抓取毛坯并将其放入管道横向运输装置的槽中。该运输装置同时向左右两边的槽榫接合切割工位各放入一个毛坯。座圈则将被倾倒在管道输送带上。切割工艺结束之后，横向输送装置将把管道送至两台 KR 45 机器人处。机器人抓起管坯，并将其竖着上下排置并套入已置于管道输送带上的座圈中。由于座圈被机械对中于一个规定的位置，所以 KR 45 可以将管道的堆垛位置精确到毫米。为此，机器人控制系统会通过一个集成于夹持器中的激光探测器对余下的距离不断进行测量。在该信息的基础上，可以对毛坯进行精确的定位。完成一个管道单元的堆垛以后，输送带就会将其输送到管道抓取装置处。管道抓取装置将管道单元抓起，并将其放到炉料车上。对于 660 mm 长的管道，操作人员工厂只需使用一台 KR 45 及一个管道横向输送装置。此外，在这种情况下，余下的六轴机器人每次只抓取一个毛坯，而 KR 180 PA 每两个周期还会多抓取一个座圈。前状况/任务

位于 Günzburg 附近的 Autenried II 工厂内，CREATON 公司希望将“MAGNUM”产品系列中超大型瓦片生产线进行现代化改造。这条每分钟能生产多达 60 个陶瓦的生产线用于生产波形瓦及其所属部件。以前，该领域的生产由人工进行。那时，每个工作人员每天必须抬起重达 1.5 吨的陶瓦。这项工作应该实现自动化。

实施措施/解决方案

现在，五台六轴库卡机器人 KR 125/3 已经接过了传送波形瓦的工作。其中一台机器人每次从干燥物品架上取下四个已经过干燥处理的陶瓦，干燥物品架通过输送带被送到抓取位置。在此之后，如有需要，则按照所需的式样为波形瓦上釉；上釉是一个最后加工阶段，经过上釉可使波形瓦表面呈现无光泽状态。然后，另一台 KR 125/3 每周期将四个陶瓦分别放入四个 H 盘中，CREATON 公司在熔炉中将 H 盘作为燃烧辅助装置使用。装有陶瓦的托盘被置于隧道窑小车之上，隧道窑小车驶过温度高达 1055°C 的熔炉；该小车的装载和卸载均是由提升机构来进行的。然后，第三台机器人从 H 盘中抓取四个已经烧制完毕的陶瓦，并将其放到输送装置上。输送装置将瓦片送到下两个 KR 125/3 处，这两台机器人互相配合以达到最优的成果。每台六轴机器人用可摆动的终端效应器抓取两个陶瓦，并将其分别放到安装在送料输送装置左右两侧的输送带上。两台机器人一起将每四个瓦片堆成一个小包裹，最后这种包裹将被自动堆垛起来。如该生产线用于生产陶瓦的附属部件，则 KR 125/3 每节拍只传送一个部件，这点跟传送瓦片时不同。操作人员可以简便迅速的通过库卡机器人控制系统的操作面板选择相应的程序，其熟悉的视窗操作界面为人机接口提供了很大的帮助。

-系统部件/合同范围

-五台库卡机器人 KR 125/3

-五个以 PC 为基础的库卡机器人控制系统，包括带视窗操作界面的控制面板

-各种夹持器

-机器人编程

-传送及输送装置

-干燥设备及炉窑设备的 H Tray 设备

-投入运行

结果/成效

灵活性

重复精度高

改善的工作环境

经济效益高

系统部件/合同范围

库卡机器人系统集成主要包括一台相关的库卡机器人，一套机器人底座,一套气动抓具和一套机器人系统电气操作盘。KR100-2PA库卡机器人是德国库卡机器人，包括机器人本体，机器人控制柜（KRC2），示教盒（KCP）三部分及供电电缆，以及其他相关配套设备，我们会根据客户具体情况个性化定制。库卡机器人系统集成系统电气系统说明：电气控制系统包括安全光电开关、启动按钮盒、不同工作状态的选择开关等设备的控制。该套系统的控制部分通过特定总线使用输送系统控制柜（PLC）进行控制。

库卡机器人系统集成系统具备以下特点：　　（1） 库卡机器人根据程序的设定，以及接受到的到位信号，自动切换搬运程序，以及搬运参数。　（2） 整个系统单元由输送系统控制柜（PLC）统一集中控制，包括机器人的信号交换，防撞信号、安全门锁、产品到位信号、托盘位置信号等逻辑关系。

（3） 由于在系统设计上及设备配置上充分考虑到安全性，故工作站具有较高的安全性。

（4） 操作、编程、示教在手持控制器KCP2上完成，控制电缆长数十米。完全根据工效学设计的示教器，配上六维滑鼠，使用方便、舒服、快速。大大提高编程和操作的效率。

（5） 符合人机工程的设计使操作者操作便捷、省力，减轻操作者劳动强度。

当前状况/任务

实施措施/解决方案

系统部件/合同范围

结果/成效

UKA库卡激光切割机器人系统集成配置

输送方式：滚轴付特殊链条；

工作节拍 : 18秒/治具，1个治具5个工件； 加热方式采用电加热热风循环.

产量：17个/分钟

整线共用了十一台川崎机器人，一台RS20N用于在线除尘，五台川崎RS20N用于搬运，五台川崎KF121六轴防爆多关节型用于涂装。川崎RS20N机器人配合Y型转台自动搬送---机器人/自动移载。搬运到线体对面喷房内由川崎KF121六轴多关节型涂装机器人进行喷涂。完成后川崎RS20N机器人配合Y型转台自动搬送---机器人/自动移载回到整线链条输送线上。

整条线为离线喷涂，提高产品的成品率和洁净度，保持链条整洁、干净，方便于以后保养维修，延长整线的使用时间。

轴数：1-axis 2-axis 3-axis（可配加旋转轴）。

水平X轴：最大行程Stroke=100000mm最大速度V=7.5m/s最大加速度a=10m/s2。

水平Y轴：最大行程Stroke=6000mm最大速度V=3.5m/s最大加速度a=7m/s2。

垂直Z轴：最大行程Stroke=6000mm最大速度V=2.0m/s最大加速度a=5m/s2。

负载重量：500kg（如需更大请与我公司联系）。

定位精度：0.1mm（根据行程定位精度不同）。

卡具：气动吸盘，电动手抓，非标设计夹具等。

驱动系统：德国BERGER LAHR伺服（标准，可按客户要求）。

控制系统：工业PC，PLC，CNC，运动控制卡，总线控制器，无线手操器（可按客户要求）。

托盘系统：根据工件进行独立设计。

输送系统：根据工件进行独立设计。

冲床上下料机械手是在自动化设备的基础上，根据冲压生产特点，专门为实现冲压自动化无人生产而研发的设备。能取代人工在各个冲压工位上进行物料冲压、搬运、上下料等工作，整条生产线效率达到5秒。本自动化设备对于冲压等重复性、危险性、节拍高的加工行业，在节约人力劳动成本，提高人工及设备安全性，保持产品产能、质量、工艺稳定性等方面是现代化工业化“开拓创新”的重要精神体现。柔性冲压自动线大多由一台双动拉伸压力机或多连杆单动拉伸压力机和4～5台单动压力机 组成流水线，生产大型车身覆盖件，安全性高，冲压质量好。生产线上布置自动化上下料系统。鸣歌智造专业研发生产的各种冲床机械手,适用于单机单模，单机多模，多冲床联机生产等等，机械手可上下、左右运动，同时配置360度旋转轴，全面适应各种冲压自动化生产工艺

1、冲压机器人主要驱动由高性能伺服电机来实现；
2、冲压机器人可实现快速定位、升降、移动等动作；
3、冲压机器人采用特殊设计的横向平移结构和辅助升降结构；
4、冲压机器人整机采用微电脑进行控制与冲床的联锁操控，通过触摸屏进行操作及参数设定；
冲压机器人伺服驱动系统最突出的特点就是：电动机直接与偏心曲柄齿轮相互连接，由于电动机的转速可以任意调节，

从而可以任意地调节曲柄机构的运动速度，任意加快或减慢冲压速度。冲压机器人伺服压力机的另一大特点是匹配性很高。

由于伺服压力机的电动机转速是可以无级调节的，因此有可能在冲压过程中实现冲压运动和冲裁力的无级调节，

冲压机器人使压力机的工作曲线与各种不同的应用要求相匹配。为了保证曲柄完成精确的运动，用户可以通过减速拉延加工实现 或者保持恒定的冲压运动速度，这样不仅可以提高板材加工的质量，而且也可延长模具的使用寿命。

伺服压力机的转速变化及控制经过了合理的优化设计，冲压机器人并且采用了集成化的模块，按照模块化结构制造， 如果不需要使用其伺服功能时，该机就可以像传统压力机一样工作，保持恒定的功率和行程。

应用于冲床上下料取料代替人工、拉伸油压机上下料取件、锻压、CNC等应用。

1、在电梯生产过程中，电梯门板生产加工完成以后，需要经过喷涂设备，进行自动喷涂。目前，门板上架动作主要由人工完成，为提高工作效率，降低工人劳动强度，新时达提出一个解决方案，即由机器人将待喷涂门板上料，自动流入喷涂设备后，再由机器人把喷涂完成的门板取下来，。
2、门板采用叉车整车推入方式，叉车到位后，机器人根据信号抓取门板，挂入对应位置。涂装线循环运动速度2m/min，在循环线对应位置安装编码器，实时检测循环线速度；在挂钩入口处安装光电开关，实时检测挂钩位置。

1、系统安全、稳定；
2、极大提高门板喷涂效率；
3、降低人工劳动强度；
4、实时检测设备，充分保证了系统可靠性；

Wolfsh?her 陶土制品厂多年来一直寄希望与一种具有经济意义的自动化方案。例如，该公司在运输带有槽榫接合的耐火黏土管时，迄今为止都使用线性滑轨。由于相关的工厂即将停产，所以公司认为可以利用这次工厂搬家的机会来更新传送设备。

现在，耐火黏土管的传送工作由三台库卡机器人来进行；因此，公司的生产能力、产品质量以及灵活性都有了提高。三台机器人中包括一台四轴的码垛机器人 KR 180 PA 及两台六轴普通机器人 KR 45。由耐火黏土制成的毛坯被自动切割成 330 或者 660 mm 的长度。每四个 330 mm 长的管件及一个短的座圈作为一个单元，由 KR 45 此后码垛成一个塔。生产 660 mm 长度的管件时，两个管子和一个座圈组成一个单元。接着，它们被传送到管道生产设备的运输槽处。该处的操作人员在控制台的屏幕上选择适用于毛坯直径长度的程序。对于机器人，操作人员可以使用库卡控制面板。传送 330 mm 长的管道时，将交换着每次在槽内放两个管坯（可选择是否带座圈），然后将其传送到抓取位置。在那里，KR 180 PA 用真空吸持器抓取毛坯并将其放入管道横向运输装置的槽中。该运输装置同时向左右两边的槽榫接合切割工位各放入一个毛坯。座圈则将被倾倒在管道输送带上。切割工艺结束之后，横向输送装置将把管道送至两台 KR 45 机器人处。机器人抓起管坯，并将其竖着上下排置并套入已置于管道输送带上的座圈中。由于座圈被机械对中于一个规定的位置，所以 KR 45 可以将管道的堆垛位置精确到毫米。为此，机器人控制系统会通过一个集成于夹持器中的激光探测器对余下的距离不断进行测量。在该信息的基础上，可以对毛坯进行精确的定位。完成一个管道单元的堆垛以后，输送带就会将其输送到管道抓取装置处。管道抓取装置将管道单元抓起，并将其放到炉料车上。对于 660 mm 长的管道，操作人员工厂只需使用一台 KR 45 及一个管道横向输送装置。此外，在这种情况下，余下的六轴机器人每次只抓取一个毛坯，而 KR 180 PA 每两个周期还会多抓取一个座圈。

-一台库卡码垛机器人 KR 180 PA

-两台库卡机器人 KR 45

-三个以 PC 为基础的库卡机器人控制系统，包括带有熟悉的视窗操作界面的控制面板

-三个真空吸持器，该吸持器可以根据管道直径的不同进行调节

-机器人编程

-投入运行

-由瑞士费尔斯伯格 FREYMATIC 股份公司提供

“码垛专家” KR 180 PA 是一种带有第五根被动轴的 4 轴机器人，其特有的、FEM 最优化的运动结构能够保证堆垛流程有效率的进行。由于具有较小的惯性力矩，它由碳纤维复合材料 CFK 制成的手臂具有很高的加速值。KR 180 PA 可以将重达 180 kg 的物体堆垛到 3000 mm 的高度。对于公司来说，这个大的作用范围正是选择机器人的决定性因素。另外，KR 180 PA 的生产成本也低于六轴机器人。大量使用标准元件也成就了该款机器人的成本优势。

改为使用机器人之后，公司生产能力得到的显著的提高。在使用了机器人的生产领域内，Wolfsh?her 陶土制品厂现在的生产能力较之以前提高了 50%。此外，公司所需投入的人力明显减少。现在每分钟生产 16 个耐火黏土烟囱管的速度不仅要归功于机器人较短的循环时间，而且也是因为烟囱管的生产不再是一个接一个，而是在两个平行的工位上成对被装上槽榫。

现在，Wolfsh?her 陶土制品厂的产品质量得到了提高，因为机器人的工作重复精度高，并且传送毛坯时动作极为轻柔，因而避免了毛坯变形。