本機器人折彎系統為Think Automation為山東瑞帆機械提供。該套機器人折彎解決方案由庫卡機器人KR90與亞威PBH系列數控板料折彎機構成，并根據需要設計了上料定位機構與板材抓手。交付使用的機器人系統代替工人進行自動化折彎上下料作業，KUKA機器人系統與亞威機床實現了同步協同作業，完全達到了實際的生產需要。

　　一、項目背景：

　　在改造之前，瑞凡工廠折彎工序的板材上下料一直保留著傳統的人工傳送方式。而最新需要折彎作業的板材為3mm厚、3m×1.5m的大尺寸碳鋼板材，該產品的折彎作業人工操作難度大，需要的體力勞動強，且產生潛在的安全隱患風險。

　　為能以降低生產成本并提高產品品質，用戶希望在經濟的投資原酸范圍內，能提供一種自動化的解決方案，并且能保證改造后的設備具有高度的穩定性、可靠性和自動化程度。

　　Think Automation在溝通用戶需求后，發現了另一潛在的需求：設備市場的競爭變化要求改造后的系統具有一定的柔性生產能力——適應多批次、小批量產品生產間的快速切換。由此，雙方達成了一致的改造方案思路——采用多關節機器人上下料。

　　二、潛在問題：

　　1.基于經濟實用性考慮，整個自動化改造項目成本控制嚴格，Think Automation首要考慮的是在有限的預算內實現最優化的系統構造。

　　2.上下料的便利性：由于本案暫不涉及自動化生產連線，前道的金屬板來料為人工集中送入，這就需要考慮如何應對人工上料后形成的定位誤差。

　　3.該金屬板材最終用于果樹加工機械設備的鈑金件，因此整個加工過程需要盡力實現無刮痕的作業目標。

　　4.在機床本身數控系統DELEM不完全開放的前提下，實現機器人折彎動作與機床進刀動作的同步。

　　5.折彎機工作臺面較低，而機器人作業需要保證有一定的凈高空間。

　　三、Think Automation提供的解決方案

　　1.現場布局設計：Think Automation為瑞帆設計了一種四工位機器人自動化系統，整個系統呈“十”字形布局：機器人居中，分別對應折彎機、人工集中上料暫存、重力對中定位架、成型產品下料臺。該種設置方式布局緊湊，節省了工廠空間，提高了工位間的轉換作業效率。

　　2.機器人選型問題：

　　3m×1.5m，3mm厚板材，重約100多kg，如此尺寸與體量，機器人系統的設計及選型均需要慎重考慮：為此，在綜合估計了機器人手臂活動范圍與作業區間尺寸的匹配性、抓手自重重量及抓取金屬板后的重心偏離因素、以及機器人末端有效負載衰減曲線，Think Automation為用戶選擇了KUKA機器人KR 240 R2900。

　　該款機器人屬于KUKA家族 QUANTEC-ULTRAS系列，該系列機器人具有在重負荷情況下提供最佳績效和無限動態特性的性能優點。KR 240 R2900機器人作用半徑大至 2900 毫米，而機身只有 1145 公斤的自重，并可輕松操作處理高達 240 公斤的負荷。

　　3.機器人作業空間的拓展與機動性能的提高：

　　盡管KR 240 R2900機器人具有2900 毫米的臂展半徑，但這在該項目中并不能完全滿足大尺寸產品折彎作業中的翻轉空間需要，因此，Think Automation為機器人加裝了3M的行走機構（與機器人集成于一體的直線導軌，導軌伺服作為第7軸直接接入KUKA機器人控制系統進行集中控制），以最大化發揮機器人機動性能，提高作業空間的寬度，以減少大尺寸產品折彎作業期間轉向時的周邊設備干涉影響。

　　4.折彎用機器人抓手設計：

　　產品重量已超過100kg，考慮機器人末端有效負載衰減及板材產品抓取后的中心偏離等因素，即使選擇240kg負載的機器人，也需要更進一步優化抓手設計，使得抓手在保持結構穩定的前提下，盡可能降低自重，以使得機器人作業效率更高、更節能。用戶對于板材表面無刮痕作業要求，需要Think Automation考慮抓手的優化設計，以保證抓取后的受力平衡、表面無損傷。

　　基于以上考慮，Think Automation最終設計了航空鋁型材結構作支撐的框架構造作為抓手支撐，厚唇邊單層吸盤組以9×3的矩陣平均分布于型材支架上，并由9組閥體分組控制真空。

　　該設計方案由Think Automation機械工程師據多年的經驗，并吸取了國外成熟的應用技術后，獨立設計而成。最終交付使用的抓手吸取板材穩定，形成真空速度快，搬運作業中受力均衡，且結構堅固耐用。

　　5.折彎前后的上料及下料機構的設計：

　　在現場無自動化連線的前提下，Think Automation設計了建議可靠的成品儲料架及集中上料對方機構。集中上料定位機構為一焊接制成的直角型導向機構，只需要人工用叉車將一托班板材集中叉放到導向機構內即可。機器人抓取作業時通過光電信號及抓手真空度檢測判斷板材位置。

　　因機器人本身具有穩定可靠的高重復定位精度，且折彎后的產品無需很高的碼放要求，因此下料機構同樣為一帶直角型導向阻隔機構的簡單碼放工作臺。

　　6.折彎產品抓取前的中心定位精度控制：

　　折彎作業需要精確的定位精度及對準位置，而該案中靠人工集中上料放置的板材不具有可行的位置精度，且人工作業的隨機性無法保證一致性。Think Automation為用戶設計了專用的重力中心點定位架——一副雙角度傾斜的滾珠定位架（詳見圖示）。而該定位架的巧妙之處在于充分利用了產品自重與一致整齊的邊緣特性及機器人的動作柔性，且并未耗費太多的檢測及電子機械結構。

　　機器人在抓取人工堆置的板材后，現將板材移放到定位架（該過程機器暫不需要考慮精確定位問題，只需要模糊匹配即可），抓手松開后，鐵板通過自重作用下，通過部署于定位架底部的若干滾珠及兩角邊上的滾輪滑動到角落。此時，機器人再從程序設定好的中心點位置進行二次抓取后，搬移到折彎機進行作業。

　　7.機器人作業空間的優化：

　　考慮到現場的折彎機床不做加高處理（以方便后期可能的改造及檢修的方便性），而同時要為機器人作業留足凈高空間，因此，Think Automation設計了安裝機器人用的地溝，機器人“藏身”于地溝中作業，其手臂抓取產品后懸舉在上空進行折彎過程中的翻轉動作。同時，該種設計方案使鐵板作業中的搬運高度降低，方便了人工集中上料、成型產品送出的便捷性，也降低了安全風險并增加了現場的美觀性。

　　8.折彎機與機器人同步作業：

　　PBH系列數控板料折彎中心的DELEM數控系統并不完全開放，機器人與其實現完全的同步作業理論上是可能也可行的（在國外已有成熟案例），但限制于商務因素及雙方開放性技術協議與程序通信調試打來的各種麻煩及可能的不可控成本因素，而且該項目應用中并未過高要求折彎機與上下料機構的同步精度，因此，Think Automation最終建議用戶采取了折衷方案：通過IO點位信號實現同步協同。

　　該同步方案的實施，需要系統調試與機器人編程工程師的經驗，Think Automation工程師以出色的技術及經驗解決了這一難題，并贏得了客戶的認可與贊許。

　　四、系統構成：

　　機器人：

　　1、德國KUKA工業機器人KR 240 R2900 ULTRA (KR QUANTEC ULTRA)，最大作用范圍2896 mm，240kg有效負載，±0,06 mm重復定位精度。

　　2、KRC4機器人控制系統：多核處理器，60G硬盤，基于Windows平臺的控制系統，歷經驗證的底層架構與控制方案。

　　3、SmartPAD示教器：6.5英寸真彩觸屏，6D鼠標旋鈕，防疲勞與緊張設計按鈕，人體工程學按鍵與界面設計。

　　機器人的周邊設備：

　　1、機器人抓手：鋁型材框架結構、多組分控制真空吸盤

　　2、上料定位導向機構：直角形鋼結構導向架，托盤定位

　　3、中轉定位機構：重力式自動定位臺

　　4、下料裝置：直角形鋼結構導向架

　　5、檢測裝置：真空檢測（用于檢測是否吸取金屬板或偏離故障）、到位檢測

　　7、電器控制：機器人與折彎機通訊、抓手與周邊機構信號控制

　　8、安全圍欄及安全門

　　折彎機上下料機器人系統集成主要由機器人和周邊設備兩大塊有機組成，而在整套系統的集成實施過程中，則不僅僅匯入了瑞帆公司與欣志人的創造思路與勞動汗水，還有KUKA機器人團隊與眾多零部件供應商的合作支持。項目實施的成功，并不是憑借Think Automation一己之力，即使算得上成就，那也是我們站在了巨人們的肩膀上，或者說是先賢們的引導下前進了一步。

　　五、改造后的自動化系統成效

　　1.高產能高效率：如眾多自動化系統功效一樣，瑞凡機器人折彎系統為工廠折彎效率的提升做出了很有說服力的貢獻——至少，機器人解決了人工作業的勞動強度與安全風險難題，同時，可24小時連續無疲勞作業的特性是無與倫比的。

　　2.高柔性高穩定性：機器人通過計算機系統控制，如數控一樣的便捷變成操作，KUKA機器人自帶的多功能人體工程學示教器，工廠設備工程師可通過示教器快速進行新產品適應性的程序切換。

　　3、高品質高一致性：±0.06mm重復定位精度，75,000+小時平均無故障間隔，KUKA機器人以德國技術標準獲得了廣泛的市場認可。

　　六、項目總結與分享：

　　出色的機器人自動化方案，并不需要堆疊一大堆專業的自動化機構與控制軟件（盡管有時這種方式顯得很重要），根據實際的需要出發而產生有價值的解決方案，才是為眾人認可的。

　　如本機器人折彎上下料方案中，欣志機器人為瑞凡提供的設備服務中并未涉及到諸如激光位置檢測、KUKA離線編程、折彎軟件       包BendTechPro等看起來神乎其神而用起來價格不菲的東西，但同樣滿足了用戶提出的需求。即使在未來有可能拓展到更高程度的自動化，加裝一些功能包也是完全可行的。