工业机器人在工厂自动化领域解决方案

 

机器人问世已有几十年,机器人的定义仍然仁者见仁,智者见智,没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展,新的机型,新的功能不断涌现。也许正是由于机器人定义的模糊,才给了人们充分的想象和创造空间。

在各种科普书籍中可以看到,机器人被分成了以下类型。家务型机器人:能帮助人们打理生活,做简单的家务活。操作型机器人:能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。程控型机器人:按预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人:通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。数控型机器人:通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人:利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人:能适应环境的变化,控制其自身的行动。学习控制型机器人:能“体会” 工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人:以人工智能决定其行动的机器人。

我国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。目前,国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和我国的分类是一致的。

二、工业机器人基础知识

目前世界工业界装机最多(大约占全球26%)的工业机器人是SCARA型(SelecTIve Compliance Assembly Robot Arm选择柔顺性装配机器人手臂)四轴机器人。装机量第二位(作者估计接近25%)的是串联关节型(Series connecTIon arTIcular arm)垂直6轴机器人手臂。因此,超过全球工业机器人装机量一半的这两种工业机器人是我们关注的重点。

1、 机器人坐标系

(1)SCARA机器人坐标系1523955806479047998.jpg


XY方向坐标(前后左右)

Z方向坐标(上下) U方向坐标(旋转)

(2)垂直6轴机器人坐标系

2、 机器人手臂姿态

(1) SCARA机器人手臂姿态

在使用SCARA机器人作业时,有必要使其用示教时的手臂姿势在指定的点上动作。如果不这样做,根据手臂姿势的不同,会产生微小的位置偏移,或朝着意想不到的路径动作的结果,有干涉周边设备的危险。为了避免这种情况,在点数据中必须事先指定使其在此点上动作时的手臂姿势(如上图)。此信息也也可以从程序中变更。

(2)垂直6轴机器人手臂姿态

垂直6轴机器人在其动作范围内的点上,可以不同的手臂姿势使其动作,如上图示。此信息也也可以从程序中变更。

3、 机器人的硬件与编程界面

以日本某著名公司的机器人为例,硬件系统构成如下图。

用户编程界面如下图所示,编程语言为可供用户二次开发的类BASIC高级语言。它支持多任务,动作控制和I/O控制。

三、 工业机器人的应用行业与案例

1、光伏电池片搬运领域

电池片的制造要经过十个左右流程,每个工位都涉及电池片的搬运;由于电池片越来越薄,高价值和精细材料的结合使降低搬运中的碎片率成为首要需求。因此,机器人出色的重复定位精度和高可靠性成为完成这一任务的首选。下图为微松公司开发的电池片搬运三轴机器人。

2、 PCBA测试行业的应用

PCBA(Printed Circuit Board + Assembly),印刷线路板的测试关系到线路板产品质量和企业的生命。在当下用工难和产品降价的双重压力下,用机器人减少或代替人工是企业的必然选择。下图为机器人手持线路板动态检测过程示意图。

3、 低压电器产品的组装

低压电器一般包含有:断路器、漏电开关、接触器、继电器等。这些产品的特点是产量大、需求稳定、装配复杂等。装配机器人生产线恰好可以提供稳定、高效、重复性高的作业。

下图为给机器人安装断路器上盖的作业工位照片。

4、 机器人与小型焊接、切割设备的协调作业

随着机器人和激光设备的小型化和价格走低,像汽车行业的大型机器人焊接方式被广泛应用到非汽车领域的小型机器人焊接行业。如金属片的图案切割、锂电池的焊接、塑料制品的切割和焊接等。由于轨迹的复杂多样,以6轴机器人应用为主。下图为非标小型零部件的精细切割作业照片。

5、 颗粒产品生产线

电子类的IC、贴片元器件;医药类的胶囊、片剂、胶丸;食品类的巧克力、糖果等都属于颗粒类产品。机器人在这类场合的应用主要是取放料,对精度要求一般,但速度要求很高,连续24小时稳定运行。下图为糖果包装生产线。

6、 软包装产品的定量装箱生产线

为了方便运输、存储,产品的定量装箱几乎遍布各个行业;比如,饮食业的饮料、啤酒、牛奶;制药业的针剂、冲剂;五金业的小型零部件等。定量装箱是按照箱子的容量将产品用真空吸或手爪从传送带上转移到箱子里,可以一次一个或多个转移。下图为使用专用治具进行软包装产品装箱生产线示意图。

四、 微松公司在机器人工程领域的工作

微松公司主要在半导体、光伏领域进行了如下工作:

晶圆、光伏电池片传送机器人;微松公司结合客户需求,订制开发了3轴/4轴晶圆预定位机器人;4轴单/双手晶圆传送机器人;3轴离线/4轴在线电池片精密插槽机器人;大行程晶圆料盒吊装移动机器人,以上产品已经实现取代进口产品,在用户端装机使用。 接下来,微松将在SCARA和6轴串联机器人方面开展创造性工作,回报客户和社会。

 


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