机床和智能机器人的融合

 摘要

  开发了使用智能机器人能长时间无人操作的机械加工系统（机器人单元）机器人单元可配用搬运重量从4kg－1200kg 的各种类型的发那科机器人，用智能机器人代替人来完成工件的上下料作业。并且，所开发的智能控制装置既具有控制机床的功能，也具有控制机器人的功能，以促进机床和机器人的融合

 前言 

进入21世纪后，FANUC公司开发成功了配备有视觉传感器和力觉传感器的智能机器人。到现在，已有可搬运质量从2公斤到1．2吨的种类丰富的商品系列。随后，FANUC公司又开发了运用这一智能机器人的长时间连续机械加工系统“机器人单元”。在整个加工工序中，加工作业本身使用数控机床进行自动化加工已经非常普遍了。但是，附带作业，比如在加工中心的夹具上进行加工材料装卸的作业，以及去毛刺毛边、清洗等作业中的很多部分，现在还是依靠人工来完成。机器人单元使用智能机器人，不但实现了这些作业的自动化，而且在世界上zui早实现了720小时的长时间连续加工。现在在FANUC公司的工厂共运转着13套这样的机器人单元。机器人单元使了两种控制装置，也就是CNC和机器人控制器。我们现在正在开发使这两种控制装置都可以单独地显示双方状态的功能，以进一步推进机床和机器人的融合。借此机会，我想简单介绍一下机器人单元的主要构成要素。所谓工业用智能机器人的智能，并不是指具有和人类一样的思考能力，而是指使机械具有能和熟练工相媲美的作业技能。不具有智能的，也就是普通的重复动作型机器人，的确可以提高工厂的自动化生产程度，降低生产成本。并且只要完成机器人动作的示教，它就能够正确地重复动作，对产品的质量稳定起到了很大的作用。但问题是必须由人将所有的动作细微环节都示教给机器人，这非常花功夫。不仅如此普通机器人还需要使用工件供给装置等周边设备，或很多工件定位用夹具，这就增加了设备投资费用。另外，还要由人进行事先把工件在所定的位置上正确地排放好———这样非常简单的日常劳动，出现人为机器人的自动化工作打下手的情况。为了解决这个问题，我们开发了配备有眼睛功能的视觉传感器，和有手的触觉功能的力觉传感器的智能机器人，并在此基础上开发了机器人单元。

  机器人单元

（1）长时间连续机械加工系统的开发过程对机械加工系统来说，尽可能减少初期投资，和尽可能延长连续作业时间，才能降低加工成本。80年代我们开发的*代机械加工系统，采用了将多个工件装到有复数装载面的随行夹具上，并把夹具放在交换工作台自动送给装置上对加工中心进行供料，从而实现了24小时连续加工。90年代的第二代加工系统，是将4到6台的加工中心和可容纳更多随行夹具的立体仓库相结合，实现了60小时的连续加工。这意味着可以从周五晚间到周一早晨进行无人加工。进入21世纪，我们开发了使用智能机器人的第三代机械加工系“机器人单元”，实现了每月连续720小时工。（2）机器人单元的构成机器人单元是由加工中心、加工工件装卸用机器人、加工完工件去毛刺和清洗用机器人、放随行夹具的托盘搬运车、以及材料仓库构成的。3）工件装卸作业的机器人化智能机器人的视觉传感器，能检测出托盘上杂乱摆放的加工工件的位置和旋转角度。这样机器人就可以用机械手来抓取工件了。为了能抓取多种工件，机械手使用伺服电机来驱动手指的开合。这样就能通过机器人程序，根据工件的尺寸自由地改变手指的开合度，和根据工件的重量自由地改变抓取的力量。要把抓取的工件正确地装到夹具的所定位置上，需要对于铸件本身的尺寸误差引起的抓取偏差进行补正。机器人抓取的工件，由另一台智能机器人用可测出对象物体的三维位置及角度的视觉传感器对其进行位置和角度测量。根据测量结果，可以求出动作示教时的工件抓取位置和实际抓取位置的偏差。当机器人在夹具上进行工件定位时，通过对抓取偏差进行补正，就可以实现准确的定位了。zui后，在机器人把工件装上夹具时，通过特别的方式控制机器人的各个轴，在的直角坐标系的方向上让机器人的动作变得柔和，这样就可以根据夹具的表面状态来自动地调整工件的位置和角度。这一方法叫做Soft Float功能（随动功能），可以把工件高精度地装上夹具。(4）机器人单元的经济效果机器人单元在工件的装卸工序中采用了智能机器人，和第二代机械加工系统相比，大幅度削减了人工费、加工费和初期设备投资费用，加工成本削减了43.

机床和智能机器人的融合

1）迷你机器人单元基于在机器人单元方面的经验，FANUC公司开发了小型加工中心和智能机器人相结合的迷你机器人元。这一系统不但性能价格比高，而且有可充分利用场地、和操作简单等特点，是很容易引进的统。

2）大机器人大型加工中心一般用来加工重型工件，因此FANUC公司开发了zui大可搬运质量达1．2吨的“大人” 来满足重型工件的加工需要。

3）CNC和机器人控制器示教操作盘上的双方向状态显示为了使只会操作机器人，或是只会操作CNC的操作员也能操作机器人单元，FANUC公司开发了可在机器人示教操作盘的画面显示。