本機器人折彎系統(tǒng)為Think Automation為山東瑞帆機械提供。該套機器人折彎解決方案由庫卡機器人KR90與亞威PBH系列數(shù)控板料折彎機構(gòu)成，并根據(jù)需要設(shè)計了上料定位機構(gòu)與板材抓手。交付使用的機器人系統(tǒng)代替工人進行自動化折彎上下料作業(yè)，KUKA機器人系統(tǒng)與亞威機床實現(xiàn)了同步協(xié)同作業(yè)，完全達到了實際的生產(chǎn)需要。

　　一、項目背景：

　　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，需要的體力勞動強，且產(chǎn)生潛在的安全隱患風(fēng)險。

　　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)濟的投資原酸范圍內(nèi)，能提供一種自動化的解決方案，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，雙方達成了一致的改造方案思路——采用多關(guān)節(jié)機器人上下料。

　　二、潛在問題：

　　1.基于經(jīng)濟實用性考慮，整個自動化改造項目成本控制嚴格，Think Automation首要考慮的是在有限的預(yù)算內(nèi)實現(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械設(shè)備的鈑金件，因此整個加工過程需要盡力實現(xiàn)無刮痕的作業(yè)目標。

　　4.在機床本身數(shù)控系統(tǒng)DELEM不完全開放的前提下，實現(xiàn)機器人折彎動作與機床進刀動作的同步。

　　5.折彎機工作臺面較低，而機器人作業(yè)需要保證有一定的凈高空間。

　　三、Think Automation提供的解決方案

　　1.現(xiàn)場布局設(shè)計：Think Automation為瑞帆設(shè)計了一種四工位機器人自動化系統(tǒng)，整個系統(tǒng)呈“十”字形布局：機器人居中，分別對應(yīng)折彎機、人工集中上料暫存、重力對中定位架、成型產(chǎn)品下料臺。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，機器人系統(tǒng)的設(shè)計及選型均需要慎重考慮：為此，在綜合估計了機器人手臂活動范圍與作業(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、以及機器人末端有效負載衰減曲線，Think Automation為用戶選擇了KUKA機器人KR 240 R2900。

　　該款機器人屬于KUKA家族 QUANTEC-ULTRAS系列，該系列機器人具有在重負荷情況下提供最佳績效和無限動態(tài)特性的性能優(yōu)點。KR 240 R2900機器人作用半徑大至 2900 毫米，而機身只有 1145 公斤的自重，并可輕松操作處理高達 240 公斤的負荷。

　　3.機器人作業(yè)空間的拓展與機動性能的提高：

　　盡管KR 240 R2900機器人具有2900 毫米的臂展半徑，但這在該項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為機器人加裝了3M的行走機構(gòu)（與機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機器人控制系統(tǒng)進行集中控制），以最大化發(fā)揮機器人機動性能，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)向時的周邊設(shè)備干涉影響。

　　4.折彎用機器人抓手設(shè)計：

　　產(chǎn)品重量已超過100kg，考慮機器人末端有效負載衰減及板材產(chǎn)品抓取后的中心偏離等因素，即使選擇240kg負載的機器人，也需要更進一步優(yōu)化抓手設(shè)計，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，以使得機器人作業(yè)效率更高、更節(jié)能。用戶對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，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)計方案由Think Automation機械工程師據(jù)多年的經(jīng)驗，并吸取了國外成熟的應(yīng)用技術(shù)后，獨立設(shè)計而成。最終交付使用的抓手吸取板材穩(wěn)定，形成真空速度快，搬運作業(yè)中受力均衡，且結(jié)構(gòu)堅固耐用。

　　5.折彎前后的上料及下料機構(gòu)的設(shè)計：

　　在現(xiàn)場無自動化連線的前提下，Think Automation設(shè)計了建議可靠的成品儲料架及集中上料對方機構(gòu)。集中上料定位機構(gòu)為一焊接制成的直角型導(dǎo)向機構(gòu)，只需要人工用叉車將一托班板材集中叉放到導(dǎo)向機構(gòu)內(nèi)即可。機器人抓取作業(yè)時通過光電信號及抓手真空度檢測判斷板材位置。

　　因機器人本身具有穩(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，因此下料機構(gòu)同樣為一帶直角型導(dǎo)向阻隔機構(gòu)的簡單碼放工作臺。

　　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準位置，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)的隨機性無法保證一致性。Think Automation為用戶設(shè)計了專用的重力中心點定位架——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器人的動作柔性，且并未耗費太多的檢測及電子機械結(jié)構(gòu)。

　　機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到角落。此時，機器人再從程序設(shè)定好的中心點位置進行二次抓取后，搬移到折彎機進行作業(yè)。

　　7.機器人作業(yè)空間的優(yōu)化：

　　考慮到現(xiàn)場的折彎機床不做加高處理（以方便后期可能的改造及檢修的方便性），而同時要為機器人作業(yè)留足凈高空間，因此，Think Automation設(shè)計了安裝機器人用的地溝，機器人“藏身”于地溝中作業(yè)，其手臂抓取產(chǎn)品后懸舉在上空進行折彎過程中的翻轉(zhuǎn)動作。同時，該種設(shè)計方案使鐵板作業(yè)中的搬運高度降低，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)險并增加了現(xiàn)場的美觀性。

　　8.折彎機與機器人同步作業(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，機器人與其實現(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，而且該項目應(yīng)用中并未過高要求折彎機與上下料機構(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點位信號實現(xiàn)同步協(xié)同。

　　該同步方案的實施，需要系統(tǒng)調(diào)試與機器人編程工程師的經(jīng)驗，Think Automation工程師以出色的技術(shù)及經(jīng)驗解決了這一難題，并贏得了客戶的認可與贊許。

　　四、系統(tǒng)構(gòu)成：

　　機器人：

　　1、德國KUKA工業(yè)機器人KR 240 R2900 ULTRA (KR QUANTEC ULTRA)，最大作用范圍2896 mm，240kg有效負載，±0,06 mm重復(fù)定位精度。

　　2、KRC4機器人控制系統(tǒng)：多核處理器，60G硬盤，基于Windows平臺的控制系統(tǒng)，歷經(jīng)驗證的底層架構(gòu)與控制方案。

　　3、SmartPAD示教器：6.5英寸真彩觸屏，6D鼠標旋鈕，防疲勞與緊張設(shè)計按鈕，人體工程學(xué)按鍵與界面設(shè)計。

　　機器人的周邊設(shè)備：

　　1、機器人抓手：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)定位機構(gòu)：重力式自動定位臺

　　4、下料裝置：直角形鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)向架

　　5、檢測裝置：真空檢測（用于檢測是否吸取金屬板或偏離故障）、到位檢測

　　7、電器控制：機器人與折彎機通訊、抓手與周邊機構(gòu)信號控制

　　8、安全圍欄及安全門

　　折彎機上下料機器人系統(tǒng)集成主要由機器人和周邊設(shè)備兩大塊有機組成，而在整套系統(tǒng)的集成實施過程中，則不僅僅匯入了瑞帆公司與欣志人的創(chuàng)造思路與勞動汗水，還有KUKA機器人團隊與眾多零部件供應(yīng)商的合作支持。項目實施的成功，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)下前進了一步。

　　五、改造后的自動化系統(tǒng)成效

　　1.高產(chǎn)能高效率：如眾多自動化系統(tǒng)功效一樣，瑞凡機器人折彎系統(tǒng)為工廠折彎效率的提升做出了很有說服力的貢獻——至少，機器人解決了人工作業(yè)的勞動強度與安全風(fēng)險難題，同時，可24小時連續(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：機器人通過計算機系統(tǒng)控制，如數(shù)控一樣的便捷變成操作，KUKA機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行新產(chǎn)品適應(yīng)性的程序切換。

　　3、高品質(zhì)高一致性：±0.06mm重復(fù)定位精度，75,000+小時平均無故障間隔，KUKA機器人以德國技術(shù)標準獲得了廣泛的市場認可。

　　六、項目總結(jié)與分享：

　　出色的機器人自動化方案，并不需要堆疊一大堆專業(yè)的自動化機構(gòu)與控制軟件（盡管有時這種方式顯得很重要），根據(jù)實際的需要出發(fā)而產(chǎn)生有價值的解決方案，才是為眾人認可的。

　　如本機器人折彎上下料方案中，欣志機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、KUKA離線編程、折彎軟件       包BendTechPro等看起來神乎其神而用起來價格不菲的東西，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化，加裝一些功能包也是完全可行的。