优化装配：四种工业机器人取放技术的比较研究

20
五月

比较和对比四种工业机器人拾放装配技术

• 作者：布莱恩·麦克莫里斯
• 3D 箱拣取
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2024 年 5 月简单解决方案简讯

在当今的工业格局中，自动化在减少劳动力需求/成本、提高大多数市场领域和应用的制造生产力和效率方面发挥着关键作用。在工程师的众多自动化技术中，工业机器人拾取和放置操作作为制造和物流过程中的关键技术脱颖而出，可以实现自动化，从而减少劳动力需求。这些操作涉及将物体或零件从一个位置移动到另一个位置，通常需要精度和速度。在此比较中，我们深入研究了四种突出的拾取和放置技术：柔性供料器、4D 料箱拾取、振动供料器碗和输送线跟踪。

1。灵活的馈线：

柔性供料器利用气动、振动或机器人系统等各种机制将零件提供给机器视觉系统，以进行机器人拾取和放置操作。这些供料器可适应不同形状和尺寸的组件，使其在具有不同产品线的制造环境中具有多种用途。柔性供料器的主要优势之一是能够处理不规则形状的物体和具有复杂几何形状的零件。但零件不能大于进料板宽度的 1/3，以便为机器视觉的分割和定位留出空间。一般来说，零件的最长尺寸必须为 1 毫米到 100 毫米，每个零件的重量必须小于 1 公斤（2.2 磅）

除了尺寸限制之外，柔性供料器还具有其他潜在的限制。与其他零件拾取技术相比，它们可能会更慢，尤其是在处理需要精确定向的复杂零件时。此外，柔性供料器的初始设置和校准可能非常耗时，并且可能需要具有机器人技术和视觉专业知识的熟练人员。零件必须是刚性的，不能是软的或橡胶状的，因为它们不会响应分离零件所需的机器振动或振荡。

成功的柔性送料器应用的关键之一是正确选择、校准和集成机器视觉系统，该系统可识别、鉴定和定位要拾取的零件，并将零件坐标和旋转发送到机器人控制器。除此之外，还有适当的照明选择、顶部或背光、进料板设计的选择以及通过批量进料选项延长无人看管的运行时间。此后，机器人必须被编程为移动到零件并用适当的夹具拾取它。一旦拾取，零件就会被放置在定制夹具或嵌套中以进行进一步处理或组装。整个操作允许每分钟拾取、定向和放置 10 至 30 个零件。

2。 4D 箱拣选：

4D 垃圾箱拣选涉及使用先进的视觉系统，包括人工智能 (AI) 和集成机器人技术，以从所有三个维度识别和拾取垃圾箱或容器中的物体：宽度 (X)、长度 (Y) 和高度 (Z) 以及照明强度。该技术在处理散装材料以及即使是深料箱中的随机和重叠零件方向时也非常高效。通过采用视觉传感器和复杂的算法，4D 垃圾箱拣选系统即使在照明高度变化的杂乱环境中也可以准确定位和抓取物体。

4D 箱拣选的主要挑战之一是实时处理大量视觉数据所涉及的计算复杂性。这就是人工智能（零件方向和照明可能性的大规模教学）以及应用服务器中的高级数学处理芯片发挥作用的地方。在各种照明条件下实现可靠​​的物体识别以及实时生成抓取规划算法需要大量的计算资源和专业知识。对于 4D 垃圾箱拣选系统，成本在于高端 GPU 计算而不是相机。

4D 料箱拣选是一种适用于中等进给率的出色技术。这种方法通常可以解决不规则或较大的零件，而柔性送料器的效率较低或什至不可能。较长的零件可以以经典的“拾取棒”方式相互重叠，但视觉能够识别拾取的最佳候选对象，并引导机器人处于正确的姿势，以每分钟 10 至 30 个零件的快速速度拾取和放置零件。

3。振动喂料碗：

振动送料碗利用精密制造的碗中的振动，该碗带有供零件遵循的轨道，以定向零件并将其送入机器人以进行拾取和放置操作。这些碗对于可以使用振动力轻松操纵的中小型组件特别有效。振动送料盘以其高速运行和在送料过程中保持零件方向的可靠性而闻名。光电传感器和空气喷射用于检测错误跟踪的零件并将其“吹离”轨道，或者通过轨道上的战略开口将其清除。

尽管振动给料碗效率很高，但它也有局限性，特别是在处理可能因过度振动而损坏的精致或敏感零件时。此外，针对不同零件几何形状的喂料碗的设计和定制可能具有挑战性，并且可能需要专门的工程和工匠专业知识。如果经常需要更换不同的零件来组装最终产品，则必须为这些零件设计独特的喂料碗，并且必须更换并重新校准所有喂料碗。这是一项昂贵且及时的操作，使得振动碗最适合每年生产数十万或数百万个零件的固定最终产品的高生产率。振动碗能够以每分钟 60 至 200 个零件的速度放置零件进行拾取，通常通过专用的“硬自动化”进行拾取，因为该速度超出了大多数机器人手臂的能力。

4。输送线跟踪：

输送线跟踪涉及将机器人的运动与移动的输送带同步，以在物体沿着生产线行进时拾取和放置物体。该技术通常用于大批量制造环境，其中连续操作和快速吞吐量至关重要。通过跟踪输送线，机器人（通常是 Fanuc 和 ABB 等公司设计的“Delta”机器人）可以准确地定位自己，以便在零件可用时拾取零件。

输送线跟踪的主要优势之一是其可扩展性和高效性，能够以最短的停机时间处理大量零件。这种技术在食品包装中很受欢迎，例如烘焙食品、包装零食或包装服装。使用 Delta 机器人可实现高达每分钟 120 个的速度。然而，该技术可能不适合需要精确零件定向或处理不规则形状物体的应用。典型的 4 轴三角洲仅在一个平面上运行，没有太多的“Z”或垂直运动，因此最适合拾取扁平物体并转移到包装线。但也有一些混合型产品在 4 轴三角洲上添加了 3 轴手腕和夹具，例如 Fanuc M-1iA

摘要

根据应用的具体要求，每种工业机器人拾取和放置技术都具有独特的优点和局限性。柔性供料器具有出色的多功能性，但对于某些任务可能缺乏速度和精度。 4D 箱式拣选非常适合处理散装物料，但需要大量计算资源。振动送料碗可实现高速运行，但可能不适合精密零件。输送线跟踪可确保连续运行，但对于某些应用可能缺乏精度。最终，制造商必须仔细评估他们的需求，并选择最适合其生产目标和限制的取放技术。

Futura Automation 为装配应用的各个拾取和放置类别提供组件或完整解决方案。 Futura Automation 是 Fl​​exfactory 柔性供料器的美国代表，也是 Fanuc 和 Brooks Automation 授权的完整系统机器人经销商。对于视觉组件，康耐视采用我们专有的 Feedware CX 软件以方便集成，可以使用 Fanuc IR Vision 或 Keyence 视觉系统并将其集成到现有系统中。

对于 4D 垃圾箱拣选，Futura 与 Apera.ai 合作，后者拥有高度先进的系统，具有快速、无差错的视觉和机器人路径处理功能。当技术合适时，Vibromatic 是振动给料碗的良好来源。对于线路跟踪应用，Futura Automation 可以与 Apera.AI、Cognex 或 Keyence 合作解决视觉问题，并与 Fanuc 合作解决 delta 机器人。如果您遇到最棘手的拾放问题，请联系 Futura Automation，我们将为您提供出色的解决方案。 tech@futura-automation.com