AGV+協(xié)作機(jī)器人在零件加工上下料單元中的應(yīng)用

常見的機(jī)床自動(dòng)化上下料的形式，有桁架機(jī)械手、交換托盤、物流小車以及工業(yè)機(jī)器人等。

機(jī)加工自動(dòng)化的主要用途是將機(jī)加工自動(dòng)化上軌道上的原料工件送到機(jī)床內(nèi)，等到加工完畢再將成品取出，重復(fù)操作。桁架機(jī)械手的工作范圍決定了其構(gòu)成，主要由機(jī)加工自動(dòng)化和定位設(shè)備組成，其中上料及下料操作定位的精密程度決定著產(chǎn)品的質(zhì)量。

機(jī)加工自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)機(jī)床制造過程的全盤自動(dòng)化，并采用了集成加工技術(shù)，適用于生產(chǎn)線的上下料、工件翻轉(zhuǎn)、工件轉(zhuǎn)序等。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。

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(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)。首先，專機(jī)占地面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不便，不利于自動(dòng)化流水線的生產(chǎn)；其次，傳統(tǒng)上下料方式的柔性不夠，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；再次，使用人工會(huì)造成勞動(dòng)強(qiáng)度的增加，容易產(chǎn)生工傷事故，效率相對(duì)低下，且使用人工上下料的產(chǎn)品，其質(zhì)量穩(wěn)定性不足，不能滿足大批量生產(chǎn)的需求。

在多臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的加工生產(chǎn)線上，遇到機(jī)加工節(jié)拍時(shí)間較長(zhǎng)的加工環(huán)境，受限于當(dāng)前主要的自動(dòng)化設(shè)備的空間布局形式，擴(kuò)展機(jī)器人的的應(yīng)用范圍，對(duì)工業(yè)機(jī)器人增加了第七軸移動(dòng)軸，通過地軌式或者天吊式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)產(chǎn)距離的移動(dòng)，但仍然受限于機(jī)器人行走軌道只能在一條直線上。無法實(shí)現(xiàn)對(duì)車間平面布置的多臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上下料。

移動(dòng)機(jī)器人

移動(dòng)機(jī)器人正從固定單一的模式，向靈活、可執(zhí)行多重任務(wù)的方向轉(zhuǎn)變。AGV+機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)更高的靈活和高效自動(dòng)化加工應(yīng)用以往只有汽車制造商和其他處理大型零部件的行業(yè)才會(huì)引進(jìn)機(jī)器人，時(shí)至今日，機(jī)器人行業(yè)的許多進(jìn)步成果都集中在消費(fèi)品制造業(yè)、倉儲(chǔ)和配送中心。

自主移動(dòng)機(jī)器人“實(shí)施完全自主的系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的，而且成本不會(huì)太高。全球的汽車、汽車零部件、其他運(yùn)輸工具、電子電器等領(lǐng)域都希望減少材料運(yùn)輸成本。”

通常，小工廠所使用的機(jī)器人比大型工廠中的靈活性更高，功能也更多，并且小工廠更能受到機(jī)器人所帶來的紅利。機(jī)器人與AGV系統(tǒng)集成后，就能將加工材料從工具機(jī)床和車床移動(dòng)到倉儲(chǔ)區(qū)。

FANUC協(xié)作系統(tǒng)機(jī)器人

協(xié)同作業(yè)機(jī)器人（以下簡(jiǎn)稱：協(xié)作機(jī)器人）可以與人員在同一個(gè)空間工作，而不像傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人那樣需要將人和機(jī)器人使用安全圍欄隔離開。如果協(xié)作機(jī)器人與其周邊的人員或物體發(fā)生觸碰，機(jī)器人將自動(dòng)停止。協(xié)作機(jī)器人具有協(xié)作性、安全性、快速學(xué)習(xí)、適應(yīng)能力強(qiáng)和高效等特點(diǎn)（見表1）。

FANUC Robot的特點(diǎn)

1.協(xié)同作業(yè)無需安全柵欄，人與機(jī)器人可共享某個(gè)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，而不像傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人那樣需要將人和機(jī)器人使用安全圍欄隔離開。人與機(jī)器人可相互協(xié)調(diào)，毫無障礙地進(jìn)行重零件的搬運(yùn)、零件的裝配等各種作業(yè)。

2.安全功能已經(jīng)取得符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 10218-1:2011， Category 3， PL=d的安全認(rèn)證。接觸到人時(shí)，協(xié)作機(jī)器人會(huì)安全地自動(dòng)停止。表面是給人以安心感的綠色的柔軟的罩殼，緩和沖擊力，防止人被夾住，從而保證人員不會(huì)受到傷害。

3.智能化和高可靠性可利用iRVision（內(nèi)置視覺）等各種最新的智能化功能。采用與以往的機(jī)器人相同的高可靠性設(shè)計(jì)，用戶可放心使用（見圖1）。

圖1 FANCU協(xié)助機(jī)床機(jī)器人快速啟動(dòng)的QSSR功能

只需要使用一根網(wǎng)線即可以輕松實(shí)現(xiàn)連接CNC與機(jī)器人（見圖2）。FANUC QSSR具有快速簡(jiǎn)便設(shè)置功能，可以實(shí)現(xiàn)CNC與機(jī)器人系統(tǒng)的快捷設(shè)定。機(jī)床與機(jī)器人可以通過顯示界面相互確認(rèn)對(duì)方狀態(tài)。在CNC機(jī)床啥夠可以輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教功能。使用FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的快速指令代碼（M代碼），輕松操作機(jī)器人。

圖2 CNC與機(jī)器人互聯(lián)

AGV+協(xié)作機(jī)器人在零件加工上下料單元中的應(yīng)用

1.智能制造單元組成車床單元，車床要求（設(shè)備類型）：數(shù)控車削中心最大車削直徑：≥200mm。最大加工工件長(zhǎng)度：≥150mm。主軸最高轉(zhuǎn)速：≥5000r/min。配置自動(dòng)刀塔，刀塔容量：≥12r/min。配置FANUC數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)具備局LOADER軸功能。桁架要求，桁架動(dòng)作控制由車床CNC的LOADER軸功能控制。立加單元，立式加工中心要求，設(shè)備工作臺(tái)面距地面高度：800～1000mm；主軸端面距工作臺(tái)面最大距離：750～950mm。刀庫容量：≥24，刀柄形式：BT40。配置C軸轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面直徑：150mm。主軸轉(zhuǎn)速：10000r/min?！頒軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)型號(hào)：CNC-200R（β電動(dòng)機(jī)），四軸聯(lián)動(dòng)。夾具要求，夾具設(shè)計(jì)需要滿足零件4個(gè)機(jī)加工面加工，夾具以零件外型定位和夾緊，夾具配置氣檢、定位面清洗功能，保證工件裝夾可靠性。

2.零件加工單元對(duì)AGV+FANUC協(xié)作機(jī)器人的主要功能要求（1）AGV底盤框架。AGV小車底盤框架設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮AGV小車本身自重、機(jī)械手本體及電控柜負(fù)重與尺寸、附加逆變器與電池負(fù)重與尺寸等，外形美觀，符合人體工程學(xué)要求；在滿足功能的前提下，充分考慮空間布局以方便后續(xù)維護(hù)，尤其是對(duì)于機(jī)械手電控柜的布局，考慮電柜散熱問題，機(jī)械手電控柜門可全面打開方便維護(hù)，機(jī)械手示教器建議外掛，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

（2）MES接口。本次實(shí)現(xiàn)AGV+協(xié)作機(jī)器人單元，支持MES系統(tǒng)通過無線局域網(wǎng)對(duì)AGV小車的任務(wù)管理，具體為，任務(wù)查詢：支持MES系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前正在執(zhí)行或排隊(duì)等待執(zhí)行的任務(wù)查詢，具體為任務(wù)標(biāo)識(shí)、任務(wù)詳細(xì)、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)等；任務(wù)下達(dá)：支持MES系統(tǒng)對(duì)AGV小車的任務(wù)下達(dá)（如特定AGV任務(wù)、充電任務(wù)等），同時(shí)AGV反饋任務(wù)下達(dá)標(biāo)識(shí)信息。修改或取消任務(wù)，支持當(dāng)任務(wù)尚未執(zhí)行時(shí)，MES系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的修改或取消任務(wù)；匯報(bào)任務(wù)執(zhí)行情況；當(dāng)AGV成功完成一項(xiàng)任務(wù)或由于某些特殊原因?qū)е聼o法完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)，AGV小車需向MES報(bào)告任務(wù)執(zhí)行結(jié)果；支持MES系統(tǒng)通過無線局域網(wǎng)對(duì)AGV小車的狀態(tài)信息查詢，如AGV當(dāng)前站點(diǎn)、運(yùn)行狀態(tài)（待命、運(yùn)行、停車、急停等）、當(dāng)前運(yùn)行速度和方向、外部DI/DO狀態(tài)、當(dāng)前電池電壓等。

（3）與機(jī)械手的信息交互。除了與MES系統(tǒng)進(jìn)行通訊外，一般現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還需要與AGV進(jìn)行物理對(duì)接，如在本項(xiàng)目中，要通過AGV上的機(jī)械手實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料，這時(shí)就需要與機(jī)床進(jìn)行信號(hào)交互，考慮到Fanuc機(jī)械手與Fanuc CNC通訊的便利性，這里由Fanuc機(jī)械手與Fanuc CNC來實(shí)現(xiàn)上下料過程中的信號(hào)交互，但需要AGV小車支持通過現(xiàn)場(chǎng)總線或硬件IO的方式，將當(dāng)前點(diǎn)位狀態(tài)等信息發(fā)送給Fanuc機(jī)械手，F(xiàn)anuc機(jī)械手在獲得點(diǎn)位到達(dá)信號(hào)后，再實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作需求。

（4）無線局域網(wǎng)通訊系統(tǒng)。本項(xiàng)目中AGV與MES，AGV上Fanuc機(jī)械手與Fanuc CNC均通過通訊速度高、抗干擾性好的無線通訊方式，無線通訊距離能夠覆蓋整個(gè)小車運(yùn)行范圍。其中AGV與MES的通訊，可通過AGV小車本身的無線網(wǎng)卡接入到局域網(wǎng)；對(duì)于AGV上Fanuc機(jī)械手與Fanuc CNC的通訊，采用無線EtherNet/IP協(xié)議，考慮無線傳輸?shù)姆€(wěn)定性、干擾等因素，在AGV小車上額外增加無線AP，專用于Fanuc機(jī)械手與外圍設(shè)備的通訊。

（5）人機(jī)界面。操作員可通過AGV本體上的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)設(shè)對(duì)AGV的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)查詢、故障查詢等。一旦AGV出現(xiàn)故障，操作和維護(hù)人員能夠通過AGV的故障診斷系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確地查找故障的原因，便于故障的排除。

（6）設(shè)備工況監(jiān)控。支持對(duì)AGV的運(yùn)行狀態(tài)及任務(wù)信息等進(jìn)行監(jiān)控，以圖形化的界面對(duì)AGV行進(jìn)路線與位置信息進(jìn)行顯示；支持對(duì)任務(wù)信息歷史、AGV工作狀態(tài)日志查詢等功能，可供專業(yè)人員在維修或維護(hù)時(shí)解讀。

（7）充電系統(tǒng)。為機(jī)器人提供可靠的充電供應(yīng)，充電效率高，輸出功率大，充電狀態(tài)穩(wěn)定可靠，并能通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控；充電接口輸出可控，非充電狀態(tài)下，充電接口處于斷電狀態(tài)，小車自動(dòng)充電時(shí)充電樁進(jìn)入充電狀態(tài)。無法自動(dòng)充電時(shí)支持人工手動(dòng)進(jìn)行充電。

AGV+協(xié)作機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化物流搬運(yùn)與上下料

AGV工作循環(huán)。人工啟動(dòng)加工循環(huán)→AGV+機(jī)器人單元自動(dòng)到單元料架上抓取零件，并放置到AGV暫存臺(tái)上→AGV移動(dòng)到車床加工單元上料口部位，機(jī)器人自動(dòng)將芯軸零件放置到上料臺(tái)上→AGV移動(dòng)到高速立加設(shè)備前方，機(jī)器人將零件放置到設(shè)備夾具上，完成上料動(dòng)作→待立加加工結(jié)束后，機(jī)器人從設(shè)備夾具上抓取零件至AGV暫存臺(tái)上→AGV自動(dòng)移動(dòng)到車床加工單元下料口部位，待芯軸零件加工完成并放置到下料口部位，機(jī)器人自動(dòng)抓取芯軸，放置到AGV暫存臺(tái)上→AGV返回單元料架，機(jī)器人將零件放置到單元上料臺(tái)上。

結(jié)語

該機(jī)器人項(xiàng)目將智能AGV技術(shù)與協(xié)作機(jī)器人相結(jié)合，通過在區(qū)域內(nèi)的自主移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨物的智能抓取、搬運(yùn)和操作。突破了常規(guī)機(jī)器人只能在導(dǎo)軌上作直線運(yùn)動(dòng)的限制、區(qū)域移動(dòng)小車在行駛過程中存在的安全隱患、移動(dòng)后再定位精度低的問題。

同時(shí)，借助機(jī)械臂內(nèi)置的工業(yè)相機(jī)，以及AGV小車中的電池及逆變電流器，讓AGV小車可以自由載著機(jī)械臂到達(dá)指定工位，進(jìn)行產(chǎn)品的精密的定位和抓取、放置。兩種智能技術(shù)互相成就，成為彼此自由的雙手雙腳，極大拓展了機(jī)械臂與AGV小車的適用范圍，為零件加工機(jī)床自動(dòng)化上下料的智能化打開了新的空間。

原文標(biāo)題：AGV+協(xié)作機(jī)器人在數(shù)控機(jī)床加工上下料中的應(yīng)用

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