要提高制造業(yè)的自動化水平，助力全行業(yè)向智能化邁進(jìn)，工業(yè)機(jī)器人的配套必不可少。本文主要就CIMT2021部分工業(yè)機(jī)器人展品進(jìn)行評述，并概括介紹工業(yè)機(jī)器人與機(jī)床配套應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢。
一、部分展商及展品
1. 廣州數(shù)控設(shè)備有限公司
廣州數(shù)控重點演示了工業(yè)機(jī)器人與視覺系統(tǒng)配合進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。
（1）3D視覺搬運演示單元
該單元由GSK的RB50工業(yè)機(jī)器人配合3D視覺系統(tǒng)等構(gòu)成，能完成對各種無序擺放工件的抓取，可靈活應(yīng)用于各領(lǐng)域的上下料作業(yè)。
RB50是廣數(shù)自主研發(fā)的中負(fù)載工業(yè)機(jī)器人，電機(jī)、驅(qū)動、系統(tǒng)、減速器等四大核心零部件全國產(chǎn)化。采用電機(jī)后置的結(jié)構(gòu)方式，通過傳動軸、齒輪系等驅(qū)動末端運動，小臂、腕部等前部機(jī)構(gòu)緊湊輕巧，使整機(jī)速度較高。同時，整機(jī)線纜全部內(nèi)置，防護(hù)性能好，更利于在有粉末、飛濺的惡劣環(huán)境下作業(yè)。
該機(jī)器人額定負(fù)載50kg，臂展1950mm，重復(fù)定位精度±0.05mm，廣泛應(yīng)用于打磨、拋光、機(jī)床上下料、沖壓、搬運等。
（2）RB165搬運演示單元
該單元使用一臺GSK的RB165A1工業(yè)機(jī)器人，配合視覺裝置及夾具完成對工件精準(zhǔn)抓取、擺放，可靈活應(yīng)用于各行業(yè)領(lǐng)域的上下料、碼垛及輸送作業(yè)。機(jī)器人和視覺定位準(zhǔn)確，是進(jìn)行穩(wěn)定、高效生產(chǎn)的重要保證。
RB165A1機(jī)器人使用平衡缸設(shè)計，減小電機(jī)和減速器的負(fù)荷輸出要求，增大機(jī)器人的有效負(fù)載。采用電機(jī)后置的結(jié)構(gòu)形式，減輕機(jī)器人末端重量，提高有效負(fù)載。各主要部件經(jīng)過有限元優(yōu)化分析以及動力學(xué)分析，進(jìn)行輕量化設(shè)計，在保證機(jī)器人本體剛度的同時減輕本體重量。采用廣數(shù)專門研發(fā)的大功率高速電機(jī)和驅(qū)動，自主研發(fā)的控制系統(tǒng)，機(jī)器人運動速度快、精度高。機(jī)器人可靠性好，曾在廣汽集團(tuán)的汽車生產(chǎn)線上和海爾集團(tuán)的自動化生產(chǎn)線上應(yīng)用，因其使用效果良好得到客戶認(rèn)可。
RB165A1機(jī)器人經(jīng)系列化設(shè)計延伸出RB130和RB210兩款機(jī)型產(chǎn)品，以滿足不同客戶的應(yīng)用需求。額定負(fù)載165kg，臂展2463mm，重復(fù)定位精度±0.1mm，應(yīng)用于搬運、點焊、打磨、雕刻等領(lǐng)域。
2. 埃斯頓自動化
埃斯頓展出了多款機(jī)器人本體及控制系統(tǒng)。
（1） 新一代折彎專用機(jī)器人ER80B-2565-BD
埃斯頓在應(yīng)用成熟且市場占有率較高的鈑金折彎領(lǐng)域，推出新一代折彎機(jī)器人ER80B-2565-BD，主要在機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行性能優(yōu)化和提升，采用新一代控制器及振動抑制算法，大幅度提升機(jī)器人精度和速度。擁有豐富的折彎工藝軟件包。基于人機(jī)工程學(xué)的機(jī)器人設(shè)計，使ER80B-2565-BD動作更柔順，全新白色涂裝工藝，兼顧工業(yè)實用與美學(xué)的統(tǒng)一。
（2）新一代沖壓專用機(jī)器人ER15-1520-PR
這是埃斯頓最新發(fā)布的沖壓機(jī)器人，應(yīng)用于沖壓上下料工序。新款機(jī)器人采用高性能動力學(xué)模型，全新的速度規(guī)劃和振動抑制算法，大幅度提高速度和穩(wěn)定性；優(yōu)化手腕結(jié)構(gòu)設(shè)計，J1軸采用中空設(shè)計，充分考慮沖壓工作環(huán)境中動作范圍大，頻率快的特性。同時ER15-1520-PR配備成熟的沖壓工藝軟件包，簡單易用的操作界面，靈活的工藝配置。具備安全監(jiān)測機(jī)制，保證交互和配置的正確性。
（3）埃斯頓全資子公司CLOOS七軸高柔性焊接機(jī)器人
七軸機(jī)器人QIROX為六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人QRC-410-E的延伸機(jī)型，可選配的第七軸既可以直接安裝在機(jī)器人底座上，也可以安裝在機(jī)器人變位機(jī)上，擴(kuò)大了機(jī)器人的工作范圍，使焊槍處于最有利的施焊位置。
（4）埃斯頓新升級ER6-1450-H焊接機(jī)器人
該焊接機(jī)器人采用新一代機(jī)器人控制器及振動抑制算法，在速度、精度、軌跡規(guī)劃方面均有大幅度提升。運行速度相比上一代產(chǎn)品提升30%。
3. FANUC（發(fā)那科）機(jī)器人
（1）CNC-QSSR
快速簡便啟動自動化Quick & Simple Start-up of Robotization (QSSR) 功能，可實現(xiàn)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的快速連接與設(shè)定，減少系統(tǒng)集成時的連接與調(diào)試時間。它基于發(fā)那科機(jī)器人接口功能，內(nèi)置了機(jī)器人與加工中心的信號交互系統(tǒng)和人機(jī)交互界面，并為客戶提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)化模塊，客戶僅需提供夾具、機(jī)器人手抓和加工程序，就能進(jìn)行自動化生產(chǎn)。機(jī)器人與機(jī)床的連接迅速簡單，機(jī)器人的編程操作更容易，甚至可以通過數(shù)字仿真技術(shù)自動生成機(jī)器人運動軌跡和程序，無需人工參與編程即可控制機(jī)器人進(jìn)行自動化作業(yè)，并在工作過程中自動避開干擾物。
只需要一根網(wǎng)線即可簡單地實現(xiàn)機(jī)床和機(jī)器人的連接；通過CNC和機(jī)器人屏幕上的引導(dǎo)功能進(jìn)行通信設(shè)置。
使用G-code功能簡便地創(chuàng)建機(jī)器人程序，便于機(jī)床操作者操作機(jī)器人；用機(jī)床操作者熟悉的系統(tǒng)G代碼程序控制機(jī)器人上下料；利用機(jī)床的手脈進(jìn)行定位，可以在CNC中指定特定通過點，一鍵生成機(jī)器人程序。
QSSR自動路徑：自動生成機(jī)器人程序
只需要指定起點和終點，即可自動生成可避免機(jī)床碰撞的軌跡；生成的程序由CNC的M代碼調(diào)用。
（2）發(fā)動機(jī)螺栓擰緊及視覺檢測
FANUC推出新款協(xié)作機(jī)器人的發(fā)動機(jī)螺栓擰緊及視覺檢測系統(tǒng)展示單元，配合智能視覺，機(jī)器人能自動進(jìn)行螺栓擰緊，不需要人工編程。因為協(xié)作機(jī)器人具備力矩反饋功能，因此不需要增加力矩傳感器也可以自動進(jìn)行擰緊姿態(tài)調(diào)整。其新型控制器，體積小，重量輕，單人可搬運。
（3）壓鑄單元全自動化系統(tǒng)
壓鑄單元全自動化系統(tǒng)使用了4臺機(jī)器人進(jìn)行自動化作業(yè)，包括1臺M-20iB 25、1臺M-710iC 70、2臺M-20iD 25機(jī)器人。工序順序是：先用M-20iB25機(jī)器人給壓鑄機(jī)上料，壓鑄后用M-710iC 70機(jī)器人取出工件，先后進(jìn)行壓鑄機(jī)去渣包及風(fēng)冷工序，然后把工件放進(jìn)壓鑄件伺服切邊裝置切除料柄，再由一臺M-20iD 25機(jī)器人取出工件進(jìn)行去毛刺工序。去除加工面飛邊后，由另一臺M-20iD 25機(jī)器人抓取工件進(jìn)行毛坯面去毛刺，最后上料至機(jī)床進(jìn)行加工。從壓鑄上料、去渣包、風(fēng)冷、切除料柄、加工面去毛刺、毛坯面去毛刺，到加工機(jī)床上、下料，整個作業(yè)流程實現(xiàn)完全自動化。
其中壓鑄機(jī)器人M-20iB 25采用內(nèi)走線的本體結(jié)構(gòu)，電機(jī)、電纜不外露，防護(hù)等級可達(dá)IP67，適用于多種較惡劣環(huán)境。該機(jī)臂展長，負(fù)載能力大，本體重量輕。M-710iC 70是FANUC老款經(jīng)典通用機(jī)器人，常用于搬運、碼垛、焊接、裝配等，與50kg機(jī)器人M-710iC 50是同一系列產(chǎn)品，屬于衍生款。M-20iD 25是FANUC新款主打機(jī)器人，456軸采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低，而且小臂和手腕具備φ57mm的中空直徑，可防止線纜卡住和磨損，減少線纜與設(shè)備的纏繞，本體可以實現(xiàn)與焊接機(jī)器人通用，但是齒輪的加工和裝配要求較高。經(jīng)過全新升級后，外觀簡潔、大方、美觀，采用細(xì)長彎曲大臂設(shè)計，可以減少干擾，節(jié)省空間，適合在擁擠的生產(chǎn)環(huán)境中使用。
FANUC機(jī)器人系統(tǒng)具備軟浮動功能，在機(jī)器人抓取工件進(jìn)行去渣包和去毛刺的時候可以保持恒力工作。
加工面去毛刺機(jī)器人末端有一旋轉(zhuǎn)氣缸，通過旋轉(zhuǎn)氣缸變換工具可以實現(xiàn)去毛刺和零件抓取兩種動作。機(jī)器人末端同時集成了二維視覺傳感器和六維力傳感器，通過視覺識別，機(jī)器人可以自動生成去毛刺工作軌跡，通過力傳感器的力反饋，實現(xiàn)浮動去毛刺，讓機(jī)器人自動進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，保證在去毛刺過程中，切削力大小穩(wěn)定，倒角一致。
毛坯面去毛刺機(jī)器人，夾持工件利用浮動銑刀和浮動銼刀進(jìn)行毛刺去除。
通過Smart LINK SCADA數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，可以采集生產(chǎn)單元的機(jī)器人信息、機(jī)床信息、壓鑄島生產(chǎn)信息、壓鑄機(jī)工藝信息等，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和調(diào)控。
（4）機(jī)床與機(jī)械手集成方案
FANUC也推出了機(jī)床與機(jī)械手的集成方案，將機(jī)床上下料機(jī)械手的控制功能模塊內(nèi)嵌于CNC中，可用CNC對機(jī)械手進(jìn)行編程控制，調(diào)整機(jī)械手的動作，輕松實現(xiàn)工件上下料的自動化，并提高易用性。目前推出的方案，只能對只有一兩個軸的簡單機(jī)械手進(jìn)行點到點動作控制，用于工件的搬運工作，不能進(jìn)行軌跡的控制。
4. SIEMENS（西門子）
西門子此次參展的主題是“數(shù)字化企業(yè)——讓機(jī)床制造業(yè)更進(jìn)一步”，數(shù)字化設(shè)計及生產(chǎn)是其主要展示內(nèi)容。
西門子系統(tǒng)機(jī)器人與機(jī)床集成解決方案有四種：
（1）機(jī)床與機(jī)器人各自有獨立的控制系統(tǒng)，機(jī)器人編程由機(jī)器人系統(tǒng)完成，機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)部集成了便于與機(jī)器人通訊的PLC I/O通訊接口，能快速便捷地實現(xiàn)機(jī)器人和機(jī)床的連接。一般適用于機(jī)床工件上下料應(yīng)用，支持所有品牌的機(jī)器人。828D、840Dsl系統(tǒng)均可滿足應(yīng)用。
（2）機(jī)器人不帶自身的控制系統(tǒng)，機(jī)床系統(tǒng)的SINUMERIKOperate直接完成機(jī)器人的操作編程，通過一個中間的PLC向機(jī)器人發(fā)送指令，控制機(jī)器人動作。能實現(xiàn)一些簡單的動作，一般適用于機(jī)床工件上下料應(yīng)用，支持KUKA的機(jī)器人。828D、840Dsl系統(tǒng)都可滿足應(yīng)用。
（3）機(jī)器人不帶自身的控制系統(tǒng)，通過數(shù)字雙胞胎技術(shù)，在電腦上用CAM為機(jī)床和機(jī)器人編程，然后發(fā)送至機(jī)床控制系統(tǒng)，再通過中間處理器向機(jī)器人發(fā)送指令，控制機(jī)器人動作。通過運動控制層連接，能實現(xiàn)連續(xù)軌跡和復(fù)雜的動作控制，精度較高，適用于機(jī)床上下料和工件加工。支持KUKA、史陶比爾的機(jī)器人。只有840Dsl系統(tǒng)可以滿足使用。
（4）無需機(jī)器人控制器和中間處理器，編程后直接由機(jī)床系統(tǒng)控制機(jī)器人動作，將機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)床控制系統(tǒng)完全合成一體，實現(xiàn)機(jī)器人運動鏈全集成，能實現(xiàn)連續(xù)軌跡和復(fù)雜的動作控制，精度較高，適用于機(jī)床上下料和工件加工。支持COMAU、MABI的機(jī)器人。只有840Dsl系統(tǒng)可以滿足使用。
二、發(fā)展趨勢
機(jī)床與機(jī)器人高度集成是本次展會的一大亮點和重點。從展會展品不難看出，當(dāng)前制造技術(shù)發(fā)展的趨勢是：提高自動化水平、廣泛應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)、采用網(wǎng)絡(luò)化管理、向智能化邁進(jìn)。如何將機(jī)器人和機(jī)床高度集成，降低機(jī)器人編程難度，或自動生成機(jī)器人程序，控制機(jī)器人自動工作等，是實現(xiàn)自動化、智能化生產(chǎn)的新趨勢。在CIMT2021展會中，FANUC、三菱電機(jī)、SIEMENS、DMG MORI都展出了機(jī)床與機(jī)器人高度集成的系統(tǒng)和方案。
提高機(jī)器人控制系統(tǒng)和機(jī)床系統(tǒng)的通訊性，甚至將機(jī)器人系統(tǒng)和機(jī)床系統(tǒng)集成在一起，可以節(jié)約成本，同時增強(qiáng)機(jī)器人和機(jī)床的溝通與協(xié)作能力，使集成方案更加穩(wěn)定可靠，這也是國內(nèi)相關(guān)企業(yè)努力的方向之一。
加強(qiáng)工藝軟件包的開發(fā)勢在必行。現(xiàn)在客戶的需求不僅僅是一個好用的機(jī)器人，而是一套實用的解決方案，這往往涉及到相關(guān)領(lǐng)域的工藝問題，需要開發(fā)如沖壓軟件包、焊接軟件包、折彎軟件包等工藝軟件包，配合機(jī)床高效生產(chǎn)。
為了提高生產(chǎn)線的自動化、智能化程度，提高生產(chǎn)線的可靠性、穩(wěn)定性，協(xié)調(diào)好機(jī)器人與周邊設(shè)備的動作，實現(xiàn)定制化生產(chǎn)等，生產(chǎn)管理系統(tǒng)和數(shù)字雙胞胎技術(shù)，將是今后必然的發(fā)展趨勢。
