不断探索协作机械手的新应用

作者:本刊编译(素材来自Plastics Technology) 文章来源:PT塑料网 发布时间:2019-11-01
协作机械手是一个比较新的机械手应用方向。最初,协作机械手被用于拾取-放置等简单操作,但随着协作机械手的不断改进,塑料加工商们正尝试将其用于更具挑战性的任务中。

“成型助手”面临的新挑战

“协作机械手在高效、安全的工作环境中为我们带来了优势。”EVCO Plastics公司(位于美国威斯康辛州德福雷斯特)自动化工程师Jason Glanzer表示。简单明了——这是新一代协作机械手背后的基本命题。事实证明,它们确实越来越受到塑料加工商的欢迎。这些机械手可以重复地执行拾取-放置任务,从而使工人们能将更多精力投入到更复杂的工作中。“协作”的关键含义是,在某些情况下,这类机械手能在与人十分接近且没有防护装置的地方执行操作的能力。

第一代协作机械手证明了其自身十分适合部件操作和堆叠/包装应用。但随着协作机械手不断改进,塑料加工商们正尝试将其应用于越来越具有挑战性的应用中。

在一些情况下,协作机械手无需防护装置即可执行操作
通常,协作机械手不需要防护装置就可以执行诸如从传送带上取下部件并将其包装在箱子中的操作

EVCO Plastics公司就是其中一员。这家大型订制注塑成型商在3个国家设有9座工厂。一年多以来,EVCO Plastics公司一直在其位于威斯康辛州德福雷斯特的两家工厂和位于佐治亚州的一家工厂中使用Universal Robots公司的关节臂协作机械手。目前,EVCO Plastics公司有6台UR协作机械手,Glanzer表示,这个数字一定还会增加。

EVCO Plastics公司已经在几个成型单元中,将协作机械手与标准六轴机械手或笛卡尔机械手一起配合使用。在一个成型卫生器具的单元中,协作机械手拾取一个嵌件,并将其放在一个位于5ft(1ft=0.3048m)高的保护装置内的夹具上。这个保护装置内有一台六轴机械手。该机械手从夹具中拾取嵌件并将其放入模具。“以前,需要人工将嵌件放入夹具,然后按下按钮激活六轴机械手。”Glanzer说。

在另一个应用中,笛卡尔机械手将部件脱模并放置在受保护的传送带上。协作机械手从传送带上拾取部件,并以一种经过编程的、多层堆叠的方式将其放入箱子中。值得一提的是,协作机械手还会在部件层之间放入纸板。

UR协作机械手也被用于组装。Glanzer介绍说:“最近,Universal Robots公司推出了可以在多个维度上更好地模仿人类动作的力/转矩传感器。”例如,在一个生产变速箱(用于草坪/花园设备)的单元中,“硬”自动化将零件组装起来,然后将这个组件交给协作机械手,该协作机械手会在组件中注满油脂并称重,然后通过视觉系统,从一个振动喂料器中拾取盖子,将油脂端口密封。Glanzer指出:“操作人员可能会忘记这些步骤中的某一步,如在注满油脂后没有对组件进行称重。但协作机械手却严格执行着每一道工序。” 

在EVCO Plastics公司的一个生产变速箱的单元中,硬”自动化将零件组装起来,然后将这个组件交给协作机械手,该协作机械手会在组件中注满油脂并称重,然后通过视觉系统,从一个振动喂料器中拾取盖子,将油脂端口密封
Universal Robots公司的协作机械手使用一种视觉系统来拾取并定向盖帽,然后将它们装配到一个成型部件上

值得一提的是,EVCO Plastics公司还使用协作机械手为3D打印设备提供服务。该公司的许多协作机械手都安装了脚轮,可以推到不同的压机旁,执行存储在控制器内的不同的预编程程序。对于该公司来说,易于编程这个特点非常关键,因为其使用协作机械手的工厂一般都是短加工(24~40h),需要频繁的转换。UR协作机械手的编程采用了“引导式教学”,Glanzer对此十分赞赏,基于此技术,所需的“锚点”位置可以减少到4个,与之相比,传统机械手需要对更多的点进行更精细的编程。

在适当的情况下,协作机械手能在无防护装置的环境中工作,这一特点也令Glanzer印象深刻。如果采用标准的机械手,所有的防护装置、安全继电器和光幕会增加数千美元的成本。但他同时也指出,“软”光电防护装置可以提高标准机械手的“协作”质量。例如,当一台笛卡尔机械手与协作机械手配合运行时,二者周围可以都没有防护围栏。如果有人侵入操作空间,激光扫描仪能探测到并减慢或暂停机械手,直到人离开,机械手再恢复运行。

在人与自动化之间找到“正确的平衡”

Donnelly Custom Manufacturing公司(以下简称Donnelly)是一家订制成型商,其产品种类繁多,每天要在37台注塑机上进行40多次的模具更换,以满足客户的中小批量需求。该公司的主要挑战之一是学习在何处以及如何使只有几小时的作业实现自动化。

Donnelly总裁Ron Kirscht表示,这种持续的学习是由一系列创纪录的销售所推动的,这使Donnelly位于美国明尼苏达州亚历山大的工厂热情高涨,甚至2018年还增加了两台新压机。“我们需要快速和灵活,同时利用我们的小批量加工经验来有效管理并节省关键流程(设置和生产运行)中的时间。” Kirscht说。

十多年来,Donnelly一直在添加机械手技术,其所有140t以上的机器都采用笛卡尔机械手脱模,这解放了工作人员,使其能在压机上进行更多增值的操作,如焊接、装饰和加工。在过去5年中,Donnelly还探索了协作机械手这一新领域。该公司从安装两台Rethink Robotics公司(现已停业,其技术被德国Hahn集团收购)的Baxter协作机械手开始。这些机械手被用于简单的拾取-放置操作,如包装或修剪浇口。“装箱操作要用去工作人员的一半时间。”Kirscht说,“Baxter能胜任这项工作并进行计数,无需对包装箱进行称重。”

2018年,Donnelly对协作机械手在更复杂的顺序操作中所能提供的服务进行了进一步的探索。该公司从Universal Robots公司购买了第一台UR5协作机械手。Donnelly运营副总裁Jerry Bienias说:“通过参观我们工厂中使用多台UR协作机械手的CNC加工车间,可以发现,这些协作机械手在速度、精度和易编程方面比Baxter更具优势。”

在实际生产中,UR5协作机械手将两个微小的嵌件装入一副双腔模具中,然后取出成品部件,去除浇口,并将部件放入一个箱子里面的管子中,每根管子放5个部件。借助Donnelly开发的臂端工具(EOAT),协作机械手可以在40s的周期内完成所有的这些操作。基于此,以前需要一两名工作人员的生产单元,现在只需要占用一名工作人员的一半时间即可。

Donnelly在实际生产中采用了UR5协作机械手,它将两个微小的嵌件装入一副双腔模具中
UR5协作机械手将两个微小的嵌件放入模具中,然后取出成品部件

UR5协作机械手会去除成品部件,然后去除浇口
UR5协作机械手为部件去除浇口

UR5协作机械手将部件放在管子中,每个管子内放5个部件
UR5协作机械手将部件放在管子中​​​​​​​

Bienias表示,Donnelly未来可能会继续采购UR协作机械手。他指出,由于手臂晃动,Baxter协作机械手(已不在市场上出售)无法完成嵌件装载。“但我们仍然喜欢Baxter。它是我们进入协作机械手新世界的起点。”他说。

尽管协作机械手的一个优势是它们能够在人的周围进行安全操作,但这也是有限度的。Donnelly在EOAT对成型部件进行操作的区域周围设有坚固的防护装置,因为它们有锋利的边缘,可能会因意外的触碰造成伤害。

协作机械手一个为人称道的特点是易于编程,这得益于 “引导式教学”方法的使用。Bienias指出,UR5的准确设置对于嵌件装载十分关键。模具是影响嵌件装载的一个因素,在油被加热到380℉(193.33℃)的过程中,模具会发生膨胀。Bienias解释说,安装在轮子上的UR5协作机械手通过螺栓固定在压机上,特殊设置的EOAT(与生产型号紧密匹配)以模具上定位销的方式向机械手“说明”模具所处的位置。大约5~10min,协作机械手即可被充分定向,以非常小的误差将嵌件准确放入模具中。

尽管Donnelly对自身不断探索协作机械手新应用的成果感到十分满意,但Kirscht指出:“人依然在这里执行大多数关键的制造任务。自动化有助于我们更好地理解人所执行的任务的本质,以便我们可以找到机会实现人与自动化适当的平衡。”

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