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1．前言 進入21世紀后，FANUC公司開發成功了配備有視覺傳感器和力覺傳感器的智能機器人。到現在，已擁有可搬運質量從2公斤到1.2噸的種類豐富的商品系列。隨后，FANUC公司又開發了運用這一智能機器人的長時間連續機械加工系統“機器人單元”。在整個加工工序中，加工作業本身使用數控機床進行白動化加工已經非常普遍了。但是，附帶作業，比如在加工中心的夾具上進行加工材料裝卸的作業，以及去毛刺毛邊、清洗等作業中的很多部分，現在還是依靠人工來完成。機器人單元使用智能機器人，不但實現了這些作業的白動化，而且在世界上最早實現了720小時的長時間連續加工。現在在FANUC公司的工廠共運轉著13套這樣的機器人單元。機器人單元使用了兩種控制裝置，也就是CNC和機器人控制器。我們現在正在開發使這兩種控制裝置都可以單獨地顯示雙方狀態的功能，以進一步推進機床和機器人的融合。 借此機會，我想簡單介紹一下機器人單元的主要構成要素。所謂工業用智能機器人的智能，并不是指具有和人類一樣的思考能力，而是指使機械具有能和熟練工相媲美的作業技能。不具有智能的，也就是普通的重復動作型機器人，的確可以提高工廠的自動化生產程度，降低生產成本。并且只要完成機器人動作的示教，它就能夠正確地重復動作，對產品的質量穩定起到了很大的作用。但問題是必須由人將所有的動作細微環節都示教給機器人，這非常花功夫。不僅如此普通機器人還需要使用工件供給裝置等專用周邊設備，或很多工件定位用夾具，這就增加了設備投資費用。另外，還要由人進行事先把工件在所定的位置上正確地排放好―這樣非常簡單的日常勞動，出現人為機器人的白動化工作打下手的情況。為了解決這個問題，我們開發了配備有眼睛功能的視覺傳感器，和有手的觸覺功能的力覺傳感器的智能機器人，并在此基礎上開發了機器人單元。 2．機器人單元 （1）長時間連續機械加工系統的開發過程對機械加工系統來說，盡可能減少初期投資，和盡可能延長連續作業時間，才能降低加工成本。 80 年代我們開發的第一代機械加工系統，采用了將多個工件裝到有復數裝載面的隨行夾具上，并把夾具放在交換工作臺自動送給裝置上對加工中心進行供料，從而實現了24小時連續加工。90年代的第二代加工系統，是將4到6臺的加工中心和可容納更多隨行夾具的立體倉庫相結合，實現了60小時的連續加工。這意味著可以從周五晚間到周一早晨進行無人加工。進人21世紀，我們開發了使用智能機器人的第三代機械加工系統“機器人單元”，實現了每月連續720小時加工。 （2）機器人單元的構成 機器人單元是由加工中心、加工工件裝卸用機器人、加工完工件去毛刺和清洗用機器人、放隨行夾具的托盤搬運車、以及材料倉庫構成的。 （3）工件裝卸作業的機器人化 智能機器人的視覺傳感器，能檢測出托盤上雜亂擺放的加工工件的位置和旋轉角度。這樣機器人就可以用機械手來抓取工件了。為了能抓取多種工件，機械手使用伺服電機來驅動手指的開合。這樣就能通過機器人程序，根據工件的尺寸自由地改變手指的開合度，和根據工件的重量自由地改變抓取的力量。 要把抓取的工件正確地裝到夾具的所定位置上，需要對由于鑄件本身的尺寸誤差引起的抓取偏差進行補正。機器人抓取的工件，由另一臺智能機器人用可測出對象物體的三維位置及角度的視覺傳感器對其進行位置和角度測量。根據測量結果，可以求出動作示教時的工件抓取位置和實際抓取位置的偏差。當機器人在夾具上進行工件定位時，通過對抓取偏差進行補正，就可以實現準確的定位了。最后，在機器人把工件裝上夾具時，通過特別的方式控制機器人的各個軸，在指定的直角坐標系的方向上讓機器人的動作變得柔和，這樣就可以根據夾具的表面狀態來自動地調整工件的位置和角度。這一方法叫做Soft Float 功能（隨動功能），可以把工件高精度地裝上夾具。 有可充分利用場地、和操作簡單等特點，是很容易引進的系統。 （4）大機器人 大型加工中心一般用來加工重型工件，因此FANUC 公司開發了最大可搬運質量達1.2 噸的“大機器人”來滿足重型工件的加工需要。大機器人，可以輕松地抓取小型機床的鑄件床身，并將它裝到加工中心的夾具土。 （5）CNC和機器人控制器示教操作盤上的雙方向狀態顯示 為了使只會操作機器人，或是只會操作CNC 的操作員，也能操作機器人單元，FANUC 公司開發了可在機器人示教操作盤的畫面上顯示CNC 狀態的功能、和可在CNC 畫面上顯示機器人狀態的功能。今后，我們還將繼續開發使兩者的功能相互融入，進一步推進CNC 和機器人的融合，并把實現提高的操作性作為今后的目標。 3．結尾 我們認為機器人單元，是可通過長時間連續機械加工大幅度削減加工成本的，極具國際競爭力的機械加工系統。這份資料如果能為讀者提供有用的信息，我將感到無比高興。 |
