自动化工程师的明智之选

    我正在听一档正在谈论工业生产的调频节目，随着谈话的继续，当中的一个发言者的话引起了我的主意，他说：“当工业自动化大工业生产提高生产力方面起了非常巨大的作用，但是我们并没有想想像那样从机器人技术那里得到有效的帮助。”这让我很吃惊，因为我已经从事设计全伺服驱动的关节型工业机器人系统超过了十年的时间，并且也已经在实际中看到工业机器人在提高生产效率方面正发挥着巨大的作用。所以，我只能假设他们是在谈论除机器人技术以外的其他一些类型的硬件自动化技术（Hard automation）。这让我想到，现在仍然还有一些工程师对硬性自动化技术的满意度要超出关节型的机器人技术，他们在设计自动化系统时，很少会考虑使用工业机器人。
　　机器人已经日渐成熟，与它们刚发明时应用在一些特殊行业相比，现在的机器人的应用已经日渐成能化了，除了一些直接的取放件的应用之外，还可以使用一些集成在机器人内部的特殊的功能去实现非常具有挑战性的工业应用。在自动化设备行业工作了20多年后，我感觉到介绍一下自己对从硬工装(Hard tooling)到机器人技术的转变的一些想法，能够使大家更好的理解这两者的不同的重要性，是非常重要的。这篇文章的目的就是为了点到在当前的工业应用中，机器人成为一个重要的工具的几个因素。
真正的柔性:
　　在谈论机器人时，柔性这个术语包含有许多方面的东西。首先请让我先来谈论一下运动中的柔性问题。使用6轴的工业机器人，可以实现几乎所有的运动模式。因此，工程师们将不用花太多时间去考虑如何实现操作的运动过程，而将更多的时间花在设计制造操作这个工件的末端执行器上，这种柔性的应用可以按照执行器的设计要求来处理多方面的任务。举例来说，取放并码垛一个盒子或者装配两个不同的部件，然后把他们放置在一个出料传送带上。如果想要使用工业机器人来处理工业上的几乎所有事情，仅仅使用用一种末端执行装置是满足不了不同的工件形状和工件大小的，这个时候换手装置就会被用在工业机器人上面，使用气动控制换手装置更换不同的末端执行机构。在工业生产中，这种类型的柔性控制在设计制造机器人工作单元时，是非常有用的。而硬装配不能像工业机器人一样，使用其能够在极小的位置内更换执行装置。这些柔性的应用将使所有的工业生产单元的生产效率大大的提高。
　　安装的柔性化。针对那些不需要一些附加的安装结构的生产应用领域，工业机器人的落地安装，吊顶安装或侧面的安装方式提供给工程师们许多种不同的选择。这将会大大的加快工程应用所需要的安装模式，可以及快的满足处协加工的需求。
　　使公司的长期投资柔性化。传统的观念认为，重新使用硬性自动化的想法，那是闻所末闻的，但是使用工业机器人的话，设备可以重新布置以适应新的产品和生产工艺流程。当需要重要使用工业机器人时，仅仅需要重新设置工具及应用程序。这就可以消除很多在硬性自动化中在一条生产线上混合不同产品生产而出现在的兼容性问题。因为工业机器人有许多个运动轴，并且每一个轴都是独立的，这就不需要像硬性自动化一样需要一个结构化的框架来安装不同的部件来完成不同的运动。同时，使用工业机器人，也大大减小了连接设备所需要的时间。在大多数生产应用中，仅仅需要向工业机器人或者空气压缩机（如果末端执行机构需要使用压缩空气的话）。另外一个在新的生产应用中重新使用工业机器人优点就是能够在生产线上连续的复制出一模一样的产品。在重新使用工业机器人时，不需要任何附加的零件，仅仅需要一个与其机械及电器部件连接的接口就行。
　　当我第一次开始设计工业机器人时，我会想法来限制工业机器人的柔性，仅仅用来操作与硬性自动化相类似的单任务操作。但是现在，我着眼于整个系统，集成工业机器人来操作尽可能多的任务。当然，关键在于工业机器人的柔性提供给设计师许多选择，这就不需要去向硬性自动化妥协了。
编程：
　　除了在驱动及机械方面所拥有的优势外，其编程所用的语言也是非常简明易懂的，其结构于梯形图非常的相似。每一行程序代表了一个独立的控制机器人运动的指令，一般由四个参数组成。这几个参数会告诉机器人应该去哪里，以多少的速度去，如何运动到目标点和决定是使用全部轴的联动还是使用单轴的运动到目标点。这些程序的开发一般使用示教盒来进行，使用示教盒可以控制机器人移动到所需要的点，并且可以直接选择这四个参数，并记录当前的点的位置。这是一个点个点的示教过程。这些程序可以根据生产过程的要求变得复杂，但是不管怎样复杂的程序，其基本的程序结构还是一样的。这些简明直接的编程语言，渐渐的替代了那些复杂的控制方法,也大大的减少了个人学习应用的时间与精力。
　　在实际使用中，多数工业机器人生产厂商都会有一系列的PC端模拟软件来离线编程，并在一个虚拟的机器人工作单元中仿真程序。一旦工业机器人，末端执行工具及其他的一些外围设备都已经选择妥当，用户就可以直接创建程序，离线编辑所要应用的程序。这些软件还提供了创建及查看工作过程，调整布置位置，设置运动速度以达到系统所需要的周期时间。这些程序可以直接导入的工业机器人的控制器中，在示教并确认了位置点后，系统就可以准备运行了。
限制：
　　使用工业机器人确实对工业生产带来一些正面的提升，但是在设计使用工业机器人，还是有几点是需要量注意的。第一点就是控制器的尺寸。一般工业机器人的控制器尺寸为24到30英寸的占地范围，这将会占据比小型机器人更多的地面空间。也因为这它的外形尺寸，设计师们必须在一开始设计时就要考虑到控制器在工作单元中的占地面积。（现在，工业机器人的鼻祖Staubli Unimation推出的CS8C系统控制器，其结构就非常的紧凑，其大小就如两台卧式的主机，非常的小巧）。
　　第二点则需要考虑安全问题。由于六轴机器人的运动空间范围是几乎是球形的工作空间，而在实际应用中，会限制它的运动限位，使其在合适的安全空间内作业。为了符合RIA的安全要求，这些限位的设置必须要有物理上的限位停止（使用销或限位块），并且不能用软件限位来替代物理限位。一旦确定了最大的运动距离，安全规范严格执行以防止一些人为因素造成的不安全，包括设计物理限位来帮助减小机器人系统工作空间的占地面积。
　　最后必须要注意的一点是在设计机器人的底坐时，必须要非常的谨慎。由于机器人的每个轴在高速运动，不管是小型机器人还是大型机器人，都不能低估底坐刚性的重要性。一个大小适宜的底座能保证机器人稳固的运动，不会在暂停发生抖动现象，同时确保生产过程的精度。