移动机器人单元的设计策略
每个Fab店需要了解计划，设计和执行
随着对制造商的不断增加的需求，生产广泛的高品质产品，在市场上保持竞争力，需要自动化生产过程从未如此。与多样化产品组合相结合的短产品生命周期创造了高产品 - 混合，低批量情景，越来越多地驾驶中型企业投资机器人自动化技术。随着生产需求的增加，为客户提供手工制作的解决方案变得不那么可行。自动化不再是一个选项 - 它已成为必需品。
最大限度地提高其资本投资的功能意味着公司经常寻找尽可能灵活的系统。This often is in the form of specially designed tooling and fixturing that can be changed out between production runs of different products – the so-called ‘picture-frame’ assembly, which has a permanently mounted frame inside the positioner and modular fixtures can be mounted and dismounted when required.
当他们需要将整个机器人单元从设备的一个区域移动到另一个区域，甚至完全移动到另一个区域，以跟上不断变化的生产环境的需求时，真正的挑战就出现了。
模块化方法
涉及多种机械单元的非常大的机器人电池和生产线通常不容易搬迁到设施中的其他区域或地理上分离的设施之间。
这样的举措涉及许多成本：劳动力，公用事业，运费，重新安装，重新编程或重新调试，以及运营商培训仅为少数人名。此外，构建一个系统以考虑多个未知数意味着在冗余中构建，以适应这种灵活性，这增加了系统的成本。
在大多数情况下，当需要移动机器人制造系统时，特别是远程站点之间，移动的成本可以是系统原始成本的显着百分比。在这些情况下，更经济上可行的解决方案是将这些搬迁成本应用于新系统。然而，通过仔细的规划和准备，制造商可以根据不断变化的生产计划和需求构建专门设计的系统。
那么，在指定和安装一天需要移动的系统方面，有什么小型制造商？答案很容易：想想模块化。
构建机器人电池具有必要的灵活性，以便在设施的不同区域内制造各种各样的产品，甚至地理上单独的设施是必须在规划周期早期解决的设计决定。清楚地了解产品组合，生产系统流程以及如何最佳达到所需的投资回报是系统设计阶段的关键因素。
现在必须提供最佳部件流量的制造商，但保留适应未来产品混合变化的能力，应考虑从计划和设计阶段开始模块化工作区域的优势。它不是在安装时可以轻松调整的东西。
理想的柔性解决方案是体积小，自给自足，适应性强，任何必要的定位器和夹具都位于机器人的工作范围内。机器人的整个工作区域是一个模块化单元，而不是总是致力于相同的任务，可以交换出以容纳任何类型的设备，从简单的工作台和夹紧单元到主轴箱和小型多轴定位单元。
然而，通过这种灵活性，在系统设计阶段期间增加了成本。能够交换系统组件和/或包括简化将单元格移动到不同位置的高级功能涉及添加的工程成本。
因此，必须采取尽职调查，以确定是否可以在所需的时间范围内对所需的初始成本进行所需的返回，特别是由于高产品混合/低批量出现，因此由于较低的原因通常具有较低的回报率。启动和调试（部分编程）和较低的整体零件数所需的额外时间。对于一些具有更严格资本支出要求的公司来说，这种方法提供的额外工程和生产效益可能挑战，纯粹是在财务条件下定义。在这种情况下，它可能更好 - 并且更昂贵 - 安装额外的专用单元代替模块化解决方案。但是，其他，更经济的移动选项。
如果成本是一个因素，则在已经位于工作信封内部的夹具上的自包含码垛单元呈现另一个替代方案。较大的单位可以分解成较小的部件并分配零件。一些码垛细胞甚至设计有特殊的内置插座，以通过叉车实现运动。在有效设计时，它们可以简单地拔掉，抬起并掉落在卡车上进行搬迁。
如果cell mobility是最终目标，那么模块化或托盘化的解决方案将致力于解决高混合生产设施的需求，但在低成本(托盘化)与在系统中构建冗余和灵活性(模块化)之间存在权衡。
把事情简单化
例如，无论是使用模块化单元组件还是托盘系统，商店都必须事先确保单元在建造时能够快速断开电力和空气连接，以便从公用事业电网中快速移除。气瓶直接安装在单元上，避免了需要将电池靠近中央气体连接。使用当地的电线输送解决方案，如林肯电气的Accu-Pak®盒和滚筒卷轴，以消除连接到远程电线源的需要。如果商店没有中央系统，也可以考虑使用当地的烟气提取装置。便携式空气循环器可容纳多个细胞。
安全也是一个重要的考虑因素。许多现代机器人单元都有完整的安全系统，符合机器人工业协会的标准。当这些设备在设施周围或地点之间移动时，不需要额外的安全项目。
移动机器人电池时，请记住机器人不具有人类的智慧，能够理性。每个机器人运动必须由一个人编程。移动电池时，机械部件可以弯曲和移动，特别是在交换工具时。
由于机械系统中固有的松弛，在一个位置完美地运行的程序可能在一个位置运行可能在另一个位置中具有显着的错误。幸运的是，现代工业机器人有几种技术可以克服这些问题。这些可以是简单的编程构造或复杂的传感技术，使机器人可以确定和反应局部物理环境的变化。
例如，用户可以对程序执行3D移位以考虑在旅行期间的固定位移，甚至定义附加到夹具的特殊程序帧。这需要熟练的机器人程序员直接访问机器人程序并执行这些操作。除了为零件定位的其他技术存在非常昂贵和复杂的工具，而不是投资，而是允许机器人自主地执行这些任务的其他技术。
触摸感测允许机器人使用电线的尖端或激光传感器，以检测零件上的基本功能，并对其程序进行必要的调整。虽然这相对容易地编程机器人来做，但它可以添加到机器人的整体周期时间。在调试期间需要更多编程时间的解决方案是在机器人末尾使用相机。Fanuc®Robotics的2D和3DLIrvision®平台提供了一个极其强大的功能集，可提供最灵活的解决方案之一。通过该系统，机器人可以从字面上看到它周围的世界，并且可以轻松地执行零件检测，部分识别，特征检测，程序偏移等任务，并且甚至可以检测其工作区域中加载哪种类型的夹具或工具。
系统设计师处置最有效的工具是CAD（计算机辅助设计）。通过在系统设计阶段进行广泛利用3D建模软件，可以看出，在构建时，可以看出系统会看到系统的外观和执行。在林肯电气，设计工程师广泛使用Delmia®用于设计细胞布局并进行REACH分析。构建系统后，可以使用扇动机器人专用Roboguide®套件进行编程离线，可确保系统的最大正常运行时间和效率。
规划未来
从根本上，制定移动机器人细胞的成功战略是一种设计和规划挑战。制造商不仅必须为当今产品组合开发解决方案，但预期未来的需求。因此，为系统构建冗余和灵活性至关重要，以创建最通用，最终移动解决方案。
如前所述,因为灵活性和冗余有明确的成本,制造商需要问:“我们想要投资的前期的灵活的解决方案,绝对会让我们成长和适应我们的商店或通过选择一个我们想要这样的摊销成本更便宜,固定机器人解决方案?”这个决定必须在设计阶段确定，因为虽然灵活性在前端是昂贵的，但改装电池的成本可能更高。它需要一个整体的方法，检查整个生产过程，以确定最终的投资回报。
接近此问题的最佳方法是查看当前到位的流程和程序，然后确定您希望自动化解决方案改进的进程。拟议的解决方案不仅要经历经济意义，而且还必须适合当前和预期的生产要求。随着机器人的领域继续发展，所以它们会被分配的任务。
理查德斯托克斯是林肯电气自动化部门的应用工程师。他于2011年从新西兰搬到美国，并掌握了机电一体化学士学位。