护套缠绕机(机器人应用DIY｜自己动手集成协作机器人)

Posted 2023-05-27

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护套缠绕机(机器人应用DIY｜自己动手集成协作机器人)

图片来源：Universal Robots

作者 | Joe Campbell

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一家从事电线和电缆管理和保护的制造企业通过应用协作机器人，在实现零缺陷率的同时，将生产产量翻倍。安装、集成和使用协作机器人，已经成为可以自己动手实施（DIY）的项目。

”

Zippertubing 公司是一家家族式企业，在没有机器人技术使用经验的情况下，将协作机器人集成到了视觉引导应用中，该应用需要使用卡扣式紧固机来缠绕电缆护套。

协作机器人可帮助企业实现生产零缺陷，同时使产量翻倍。通过实现更高程度的自动化操作，Zippertubing 公司节省了32％的人工劳动力，有效降低了成本。

该公司运营经理 Tim Mead 在展会的机器人制造商展位上参观时，经常被问到的一个问题是：“您在使用哪种类型的集成商？”

“但是我们想要一些自己可以整合的东西。这将可以节省很多钱，并使安装的价格降低到我们认为合理的价位。”Mead 说道。他的公司正面临着覆膜需求的巨大增长，主要来自于汽车和航空航领域的保护软管、管道和电缆。在 Zippertubing 的生产线上，工人的速度很难跟上将电缆护套正确插入卡扣机的快节奏、精确且重复的任务。该公司希望采用用户友好的协作机器人来提供帮助。

出于几个方面的原因，Zippertubing 公司最终选择了一台 5 公斤负荷协作机器人。“经过快速的 Demo 阶段后，我们意识到这是一个协作机器人，我们可以自行集成。”该公司的工程经理 Matt Hesselbacher 说道，“考虑到产线产品每月的变化情况，我们也在研究其多功能性。由于运行人员会在机器人周围工作，送入原始零件并取出成品，因此安全是另一个需要考虑的问题。”

▎Universal Robots 的经销商 In-Position 科技公司为客户进行了简单的演示，同时线上的机器人大学可以提供免费培训。Zippertubing 需要做的一项工作是安装区域扫描仪，一旦有人进入工作区，机器人就会减速。

Mead 说：“我们获得的最大收益是：产品质量得到极大改善；机器人已经运行了 8 个月，我们已经从以前的有些产品被退货，转变到现在的产品生产零缺陷。通过协作机器人，我们指定的零件公差比手动操作要好 300％。”Zippertubing 的客户也注意到了这一改进。

这家位于美国亚利桑那州的公司对其协作机器人进行了编程，以拾取预先切割的织物材料，然后该机器人将其移动通过插口机，插入 5 个公按扣，然后再移至第二台机器，添加 5 个母按扣。在协作机器人将零件展示给视觉相机，由相机检查是否正确添加了按扣以后，为期 25 秒钟的运行周期就结束了。根据检查的结果，协作机器人将完成的工件放置在“合格”堆或“废料”堆中。

更高的生产制造能力

Zippertubing 公司正在开发一种更紧凑的协作机器人装置，该装置可以减少周期时间，同时通过集成用于传送织物的转盘来增加下班后生产零件的数量。

“我们可以让机器人整夜运行，使产量翻番。还可以让其处理 2-3 种其它零件，并覆盖更多的产品。”Mead 详细介绍了在这些应用中，协作机器人是如何使公司的劳动力减少 32％的。“我们可以将释放的劳动力转移到生产线中更具定制性的高技能、高需求的其它部门，在那里运行人员可以更有效的利用他们的技能。”

▎Zippertubing 的运营经理 Mead 说，在实现自动化以后，协作机器人节省了 32％的劳动力。“我们制造许多不同的零件，这些零件不是大批量生产，而是更具定制性的零件。我们通过利用那些富余出来的员工，让他们在其它业务部门制造这些自定义部件，这样就可以保持员工总数不变的情况下提升整体效率。”

Mead 的专业背景是化学工程，而不是机器人程序设计，因此他起初不愿从头开始构建机器人装置。

协作机器人分销商创建了一个演示界面，“这看起来非常简单，而且在制造商的网站上，还有很多很酷的培训资料，”Mead 说道，“经销商的培训人员过来，为我们提供一些编程技巧方面的培训，然后我们就可以自己操作了。”

Zippertubing 公司所面临的第一个挑战是弄清楚如何让机器人拾起织物，这一问题最终通过协作机器人编程界面中内置的向导解决。

“第二步是折断，这一步非常简单，我们将一个闩锁杆连接到继电器。”Mead 说，“ 没有使用脚踏板，我们只采用了来自机器人的数字 I/O。”他的团队通过对按扣的正确定位进行迭代。

▎从事电线和电缆管理与保护业务的 Zippertubing公司，设计了用于机器人手臂的环绕式魔术贴套，以将用于手臂的空气管线和电气系统的电缆固定在适当的位置。Tim Mead 谈到在他们已经为其它 Universal Robots 用户商业化产品时说：“随着 I/O 的变化，我们可以在更换产品时将其取下并更换。”

机器人是单元装置的大脑

接下来是利用视觉系统进行质量检查。挑战是：如何让机器人与相机对话，谁来负责？

在处理该应用时，相关人员意识到协作机器人的大脑（控制器）可以用作可编程逻辑控制器（PLC）。

“它发出所有命令，并接收所有反馈，”Mead 说。机器人会寻找相机的反馈。如果找不到，则表示这是一个有问题的部件；如果找到它，则表示该零件是合格部件，并对其进行相应排序。

装置全部开发完成后，最后一步是风险评估。所使用的机器人被归类为“协作式”机器人，因为其内置的安全系统可使机器人手臂在遇到路线上的物体或人时停止运行。Zippertubing 拥有一个包括统计分析、生产和工程部门的多功能团队。该小组确定了两个与安全有关的关注领域。

这两个领域都不是协作机器人系统的一部分。“我们已经对机器人进行了测试。”Mead说。重点关注的是辅助系统，自动触发机器人的按扣机和料斗。光幕可防止人员伸手进入料斗，而一旦有人进入工作区，区域扫描仪将使机器人进入降降速式。当人离开时，机器人将恢复至正常速度。

快速更换工具

如果需要对整个装置进行编程，Zippertubing只需不到一周的时间。Hesselbacher 说，该协作机器人可以实现更灵活的生产流程。“不像以前我们需要立即生产大量零件，现在我们可以运行在更稳定的生产水平上。”

由于需要更换不同工具，该公司访问了协作机器人制造商的网站，该网站具有经过认证的即插即用产品的在线平台，并找到了 Milibar工具更换器。

“使用该工具的好处是可快速更换工具，现在，在机械臂末端添加新工具已经不再是问题。”Mead 说。

▎插入公母按扣后，机器人将布料放在视觉相机镜头下进行质量检查，然后将其分类为“合格” 或“不合格”。

尝到了提升生产效率的好处，该公司正寻求将其它任务实现自动化。缝纫是其中之一。

“这将是一个独特的挑战，因为我们希望机器人使用相同的工具进行按扣和缝制。我们将把按扣放入零件中，将其对折，然后将其输送给缝纫机。由机器人触发缝纫机应该很简单。真正困难的部分将是机械工具的头部以及如何使其工作。”Mead 说道。他对自己的团队很快就能完成缝纫项目感到非常乐观。

可共享的自动化应用

据 Zippertubing 公司估计，购买协作机器人的投资回报期为两年。“投资回报，不仅仅是投资在机器人和系统上的资金方面的回报。” Hesselbacher 还强调指出，机器人在下班后仍然可以继续工作，可以减少获得投资回报所需的时间。

Zippertubing 公司在中国的工厂，也注意到了其在美国亚利桑那州工厂的成功。“目前，我们在亚洲的工厂完全是手动的，他们已经和我们联系，看看是否可以为其建造其中的一些机器人装置。”Mead 说，他将改进下一个协作机器人应用，并将其提供给中国同事。

协作式机器人分销商 In-Position 科技公司的销售工程师 Seth Garrison 表示，像这样没有机器人编程经验的公司成功使用协作机器人并投入运营并不罕见。“我们的大多数装置都由客户进行处理的。

▎Universal Robots 分销商 In-position 科技公司的销售工程师 Garrison 表示，这种没有使用机器人编程的公司，开始使用通用协作机器人进行运营的情况并不少见。Zippertubing 用了大约一周的时间来对整个机器人单元进行编程，包括与卡扣机、安全扫描仪和视觉相机接口的机器人。Zippertubing 正在计划添加一个旋转工作台，以使该单元能够处理的产品数量增加一倍。

我们通常与他们一起工作大约一天的时间，教给他们如何使用机器人，然后他们就可以据此可以进行集成和装置设计。” Garrison 还补充说，分销商专家有时会提供更深入的服务。如果这是传统的工业机器人，那么客户将很难独自完成这项工作。

关键概念：

■ 协作机器人可用于自己动手实施的应用。

■ 机器人控制器可以在工作单元中执行PLC 功能。

■ 机器人制造商的网站和分销商可以为用户提供培训和服务。

思考一下：

在协作机器人的应用上工作，会激发您与之共事的人吗？

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本文来自于控制工程中文版（CONTROL ENGINEERING China）2020年03月刊《封面》栏目，原标题为：自己动手集成协作机器人。