【文章內(nèi)容簡介】 哦工業(yè)機(jī)器人有超過一半是提供給汽車行業(yè)。 由此 可見，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機(jī)器人增長的原動力之一。 進(jìn)入 80 年代后，在高技術(shù)浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持。“七五”期間，國家投入資金，對工業(yè)機(jī)器人及其零部件進(jìn)行攻關(guān)，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開發(fā)，研制出了噴涂、點(diǎn)焊、弧焊和搬 運(yùn)機(jī)器人。 1986 年國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（ 863計劃）開始實(shí)施，智能機(jī)器人主題跟蹤世界機(jī)器人技術(shù)的前沿，經(jīng)過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機(jī)器人。 13 從 90 年代初期起，我國的國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變時期，掀起了新一輪的經(jīng)濟(jì)體制改革和技術(shù)進(jìn)步熱潮，我國的工業(yè)機(jī)器人又在實(shí)踐中邁進(jìn)一大步，先后研制出了點(diǎn)焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運(yùn)、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程，形成了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛奠定了基礎(chǔ)。 在機(jī)器人的單元技術(shù)和 基礎(chǔ)元部件開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)、測速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、液壓元部件等均開發(fā)出一些樣機(jī)和產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。在機(jī)器人裝置方面：以開發(fā)出具有雙 CPU、多 CPU 和分級控制的機(jī)器人控制裝置多臺，主控計算機(jī)的檔次也逐漸升級。在機(jī)器人操作方面機(jī)制方面：已開發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如 AVG、壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為 的裝配機(jī)器人，可潛入海底 6000m 的水下機(jī)器人，移動機(jī)器人，移動遙控機(jī)器人等，有些已達(dá)到實(shí)用化水平并應(yīng)用于實(shí)際工程。在應(yīng)用工程方面：目前 國內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊接生產(chǎn)線。國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很好的性能價格比和市場競爭力。 14 第三章 搬運(yùn)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)分析 3． 1 自動柔性機(jī)床上下料搬運(yùn)機(jī)器人 3． 1． 1 現(xiàn)場布局 3． 1． 2 功能 描述 該系統(tǒng)使用 1 臺機(jī)器人完成服務(wù) 5 臺機(jī)床進(jìn)行上下料的作業(yè)，系統(tǒng)描述如下 1 臺 FANNUC R2020iiB/165F 機(jī)器人：安裝于行走軸上，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的上下料動作 1 個 機(jī)器人手爪：基于機(jī)器人專用手爪單元開發(fā)的手爪，非常適用于工件一致性不好的使用情況，并有較高的定位精度和抓持穩(wěn)定性，定位精度高、耐用性好 維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)。 1 個長 11m 的行走軸：在行走軸導(dǎo)軌上安裝一臺工業(yè)機(jī)器人 ,最大運(yùn)動速度為 米 /秒 ,使 用 FANUC 伺 服電機(jī)驅(qū)動，具有重復(fù) 定位15 精度高、響應(yīng)速度快、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠等特點(diǎn)，并專門設(shè)計了防塵罩，保護(hù) 導(dǎo)軌，直線軸承以及齒條等運(yùn)動部件 服電機(jī)驅(qū)動，大大提高了可靠性和使用壽命。在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)軌安裝于兩條生產(chǎn)線機(jī)床的中心線上，所安裝的工業(yè)機(jī)機(jī)器人運(yùn)動范圍完全覆蓋 5 臺機(jī)床以蓋以及上下料滑臺區(qū)域。從而實(shí)現(xiàn)了 1 臺機(jī)器人服務(wù) 5 臺機(jī)床進(jìn)務(wù)進(jìn)行上下料作業(yè) 。 2 臺上下料滑臺：每個上下料滑臺上有 4 個托盤，每個托盤分別可以存放一個工件。實(shí)現(xiàn)待加工 工 件的上料，以及加工完成工件的下料。在該系統(tǒng)中， 由于使用了視覺技術(shù)，因此上下料滑臺無需工件的定位裝置。 FANUC iR Vision 2DV 視覺系統(tǒng)：該視覺系統(tǒng)由一個安裝于手爪上的 2D 攝像頭完成視覺數(shù)據(jù)采集。該視覺系統(tǒng)作為待加工工件準(zhǔn)確抓取的定位方式， 省去通常為滿足機(jī)器人的準(zhǔn)確抓取而必須采用的機(jī)械預(yù)定位夾具，具有很高的柔性，使得在加工中心上可以非常容易地實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品混合生產(chǎn)。 16 FANUC iR Vision 3DL 視覺系統(tǒng)：該視覺系統(tǒng)由一個安裝于地面上的 3D Laser Sensor 完成視覺數(shù)據(jù)采集。該視覺系統(tǒng)解決 了 定位面有偏差的工件上料位置變化問題。由于待加工工件為毛坯件，機(jī)器人抓取工件后，上料的定位孔位置會 發(fā)生變化，甚至工件上料時的平面度也有變化。該技術(shù)可以自動補(bǔ)償位置變化 ， 實(shí)現(xiàn)高精度上料 。 3． 1． 3 3DL 視覺支架 5 臺抽檢滑臺：針對每臺機(jī)床有一個抽檢滑臺，實(shí)現(xiàn)隨時對該機(jī)床工件加工工件質(zhì)量的檢測。 電氣控制系統(tǒng)：運(yùn)用人機(jī)界面對整個系統(tǒng)的的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，采采用三菱 Q 系 PLC 控制器 ,并使用工業(yè)現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中實(shí)時和非實(shí)時數(shù)據(jù)的傳輸，具有高度可靠性和可維護(hù)性。安全設(shè)備采用門開關(guān)，作為機(jī)器人工作區(qū)域的安全防護(hù)，完全做到人機(jī)隔離，確保系統(tǒng)在自動運(yùn)行中的人員安全。該套設(shè)備的應(yīng)用極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn) 定性，節(jié)省了大批人工，提高了企業(yè)的自動化水平，減少了企業(yè)17 的勞動力成本支出，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。 無夾具定位工件的自動柔性搬運(yùn) 隨著國家和社會的進(jìn)步，對機(jī)械產(chǎn)品的加工也提出了更高的要求，促進(jìn)了機(jī)床加工技術(shù)的不斷提高，同時對機(jī)床在加工過程中工件的上下料方式也提出了更高的的要求，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的的加工具有自動化程度高、安全文明、環(huán)保性好（噪音小）、實(shí)用性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢，以機(jī)器人在機(jī)械加工中的自動動 化應(yīng)用為代表，在各個加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，將成為現(xiàn)代機(jī)械加工的主流輔助設(shè)備。在國外，在機(jī)械產(chǎn)品的加工中使用機(jī)器人已經(jīng)非常普遍，它具有速度快、柔性高、效能高、精度高、 無污染等優(yōu) 點(diǎn)，是一種非常成熟的機(jī)械加工輔助手段 ， 機(jī)器人對無定位工件的自動柔性搬運(yùn)系統(tǒng)的工作原 理， 就是利用高清晰攝像頭（ vision 系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)對無定位工件的準(zhǔn)確位置判斷，在機(jī)器人收到信號后，機(jī)器人裝上為工件定制的專用手爪去可靠的抓18 取工件，在與機(jī)床進(jìn)行通訊得到上料請求后，最終完成機(jī)床的上下料。在各種機(jī)械加工行業(yè)中該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。使用機(jī)器人對無夾具 定位工件的自動柔性搬運(yùn)系統(tǒng)可以 使生產(chǎn)流水線更加簡單易于維護(hù)，并大幅度降低工人的勞動強(qiáng)度，效率和柔性又比較高。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安全文明、無污染，能在各種機(jī)械加工場合進(jìn)行應(yīng)用，滿足了高效率、低能耗的生產(chǎn)要求。在國內(nèi)的機(jī)械加工，目前很多都是使用專機(jī)或人工進(jìn)行機(jī)床上下料的方式，這在產(chǎn)品比較單一、產(chǎn)能不高的情況下是非常適合的，但是隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，科技的日益進(jìn)步，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，使用專機(jī)或人工進(jìn)行機(jī)床上下料就暴露出了很多的不足和弱點(diǎn)，一方面專機(jī)占地面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便，不利于自動化流水線的生產(chǎn)；另一方面 ，它的柔性不夠，難以適應(yīng)日益加快的變化，不利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整；其次，使用人工會造成勞動強(qiáng)度的增加，容易產(chǎn)生工傷事故，效率也比較低下，且使用人工上下料的產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠，不能滿足大批量生產(chǎn)的需求。使用機(jī)器人自動柔性搬運(yùn)系統(tǒng)就可以解決以上問題，該系統(tǒng)具有很高的效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，柔性較高且可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單更易于維護(hù)，可以滿足不同種類產(chǎn)品的生產(chǎn)，對用戶來說，可以很快進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和擴(kuò)大產(chǎn)能，并且可以大大降低產(chǎn)業(yè)工人的勞動強(qiáng)度。在這種趨勢下，對機(jī)器人自動柔性搬運(yùn)系統(tǒng)的需求會大量增加。 FANUC iR Vision 2DV 視覺系統(tǒng)主要是通過視覺系統(tǒng)軟件設(shè)置，建立視覺畫面上的點(diǎn)位與機(jī)器人位置相對應(yīng)關(guān)系。對工件進(jìn)行視覺成像，與已標(biāo)定的工件進(jìn)行比較，得出偏差值，即機(jī)器人抓放位置19 的補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動抓放。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在無夾具定位工件情況下的自動柔性搬運(yùn)。在該上下料系統(tǒng)中，待加工工件形狀復(fù)雜，用夾具進(jìn)行定位非常復(fù)雜，同時不利于以后同類新產(chǎn)品的擴(kuò)展。在應(yīng)用了 FANUC iRVision 2DV 視覺系統(tǒng)后，待加工工件只需放置于上下料滑臺無定位裝置的托盤上，實(shí)際情況為待加工工件可以在托盤上移動正負(fù) 2 厘米 以及旋轉(zhuǎn)正負(fù) 30 度。這樣大大減少了在上下料滑臺上的設(shè)計工作，保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。 原理：選一個待加工工件作為初始工件，通過 2DV 視覺軟件對該工件在攝像頭中的畫面點(diǎn)位與機(jī)器人示教點(diǎn)位的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，同時完成初始工件的特征標(biāo)定。示教完成的抓取程序?yàn)槌跏脊ぜ跏嘉恢玫淖ト∥恢?，此時工件抓取偏差值為零。當(dāng)工件平移或者旋轉(zhuǎn)后，位置與初始工件的位置發(fā)生變化。通過 2DV 軟件，機(jī)器人能夠計算出位置變化量Ｘ、Ｙ、Ｒ機(jī)器人把該偏差值存入位置寄存器 PR[]中。此時機(jī)器人可以通過把偏差值 PR[]補(bǔ)償?shù)匠跏甲ト∥恢脕?實(shí)現(xiàn)工件的抓取。 20 補(bǔ)充： 在該上下料的應(yīng)用中只有一種工件，當(dāng)有多種工件時， 2DV 視覺系統(tǒng)可以視以根據(jù)不同的工件進(jìn)行多次特征標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)多種工件之間的切換調(diào)用。大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，柔性度高。 3D 視覺定位技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人上料至機(jī)床。 攝像頭安裝位置：固定在 3DL 視覺支架上。 該技術(shù)解決了定位面有偏差的工件上料位置變化問題。由于加工工件為毛坯件，機(jī)器人抓取工件后，上料的定位孔位置會發(fā)生變化，甚至工件上料時的平面度也有變化。對于此種情況況，在沒有 3D 視覺系統(tǒng) DL 的情況下，機(jī)器人是無法實(shí)現(xiàn)對工 件的準(zhǔn)確上料。 原 理：選一個毛坯件作為初始工件，通過 3DL 視覺軟件對該工件在攝像頭中的畫面點(diǎn)位與機(jī)器人示教點(diǎn)位的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，同時完成初始工件的特征標(biāo)定。示教完成的上料程序?yàn)槌跏脊ぜ跏嘉恢玫纳狭衔恢?，此時工件上料偏差值為零。當(dāng)抓取其它毛坯件后，定位孔21 位置以及工件的平面度發(fā)生變化。通過 3DL 軟件，機(jī)器人能夠計算出位置變化量Ｘ、Ｙ、 Z 、 W、 P、Ｒ。機(jī)器人把該偏差值存入位置寄存器 PR[]中。此時機(jī)器人可以通過把偏差 PR[]補(bǔ)償?shù)匠跏忌狭衔恢脕韺?shí)現(xiàn)工件的上料。 補(bǔ)充： 22DV 攝像頭計算平面變化量， 3DL 是通過攝像頭和激光綜合計算