一位工程师如何使用 RoboDK 实现机器人无尘雕刻

真的能做到无尘机器人雕刻吗？一位大学生使用 RoboDK 和定制的末端执行器进行机器人铣削，而整个车间都没有得到木屑。他们是这样做的。

雕刻是制造业中越来越受欢迎的任务。定制正在成为许多不同产品的规范，雕刻使制造商可以轻松地将定制徽标和设计添加到他们的产品上。机器人雕刻是一种增加产品价值的简单方法，只需很少的额外工作。

德国一所大学的一名学生设计了一个系统，使用机器人铣削和 RoboDK 中的协作机器人来雕刻木材。这个项目特别有趣的是它包括一个专门的末端执行器，以避免产生过多的灰尘和木屑。

介绍… Jan Gosedopp

该项目是几年前由学生 Jan Gosedopp 开发的，是他在德国哈姆-利普施塔特应用科学大学攻读工程学士学位的一部分。

我们现在正在写他的项目，因为机器人雕刻看起来在不久的将来会变得非常流行。例如，制造商 Universal Robots 的某人最近提到，他们正在考虑将木雕添加到他们不断增加的协作机器人应用列表中。

Gosedopp 的项目包括对 Universal Robot 进行编程和开发可以去除灰尘的定制雕刻末端执行器。

木雕通常是如何完成的

与许多加工操作一样，实现自主雕刻的传统方式是使用专用的 CNC 机床。

这些机器很容易找到，市场上有许多竞争选择。但是，它们通常不灵活——每种型号只适用于一种特定类型的雕刻。如果您想切换到另一种雕刻工艺，您可能需要购买完全不同的机器。

对 CNC 雕刻机进行编程

这种传统雕刻类型的挑战之一是编程。正如 CNC 专家 James Hamilton 所说，“CNC 机床的好坏取决于它的软件。并不是所有的软件都是平等的。” 他解释说，你使用的软件确实会限制你机器的能力。

例如，一些CNC软件只能实现2.5D铣削。这对于雕刻来说很好，您通常只想将二维形状铣削到材料表面。但是，如果您想要发展到更多的 3 维形状，它就会受到限制。

Gosedopp 使用 2.5D 旋转雕刻，其中涉及使用旋转铣刀或铣刀在木材上切出细凹槽。

什么是机器人雕刻？

Jan Gosedopp 采取的方法是完全避免使用 CNC 机床。相反，他选择使用机器人，特别是 Universal Robots 的 UR10。

与数控机床相比，机器人非常灵活。事实上，一个机器人几乎可以用于任何类型的雕刻过程……以及更多任务。你所要做的就是给机器人一个不同的工具，用合适的机器人编程软件很容易做到。

编程机器人雕刻

对于编程，Gosedopp 选择使用 RoboDK。这一选择帮助他避免了传统数控机床可能出现的许多编程问题。

借助 RoboDK 的专用机器人铣削向导，既可以轻松实现他所需的 2.5D 雕刻，又可以让他在需要时使用完全相同的设置进行 3D 铣削。

为了生成雕刻路径，他使用 Solid Works 及其免费的 HSMXpress 插件来生成 CAM 路径。早在他做这个项目的时候，我们今年发布的 SolidWorks 的 RoboDK 工具栏还不可用。因此，RoboDK中的铣削路径是使用G代码文件导入的。

无尘雕刻定制工具

Jan Gosedopp 项目的核心开发之一是为机器人雕刻定制的末端执行器。

这个工具的一个有趣的特点是它包括在操作过程中去除工件上的灰尘和木屑的元素，从而创造一个干净的工作环境。

机器人雕刻工具的重要因素

作为学士学位论文的一部分，他评估了 2 种不同的末端执行器设计，并根据其对任务的适用性选择了最佳的。

他根据以下类别评估了他的两个设计：

1. 与 UR3/UR10 的兼容性
2. 能够夹紧铣削主轴
3. 与提取的兼容性
4. 准确的居中和对齐
5. 铣削主轴与机器人法兰齐平
6. 用于固定的横向螺纹
7. 工具占用空间小
8. 生产成本低

这两种设计非常相似，并且在大多数类别中的评分完全相同。设计之间仅有的两个区别在于铣削主轴的连接方法和刀具在机器人法兰上的定位。

最后，决定他选择设计的两个因素是较低的生产成本和增加横向螺纹以进行额外的固定。

安全

此类工具的一个关键问题是安全性。使用的机器人是协作机器人，因此它具有自己的安全功能。但是，自定义工具可能会带来额外的安全问题。

Gosedopp 专注于安全的两个方面：

1. 来自飞行物体的危险 — 木屑和灰尘很容易从雕刻操作中飞走并伤害人类。为了解决这个问题，他在工具周围安装了一个刷子来捕捉飞来的木屑，并用真空吸尘器吸走灰尘。
2. 人员进入铣削主轴工作区的危险 — 尽管协作机器人本身通常是安全的，但这并不意味着它们的工具是安全的。旋转雕刻工具可能会对人造成伤害，例如，如果他们的手挡住了路。工具周围的刷子将有助于在一定程度上避免这种情况。不过，Gosedopp 认为需要进一步的安全措施，因此他添加了一块安全玻璃和一台激光扫描仪。

最终设计

在对这两种设计进行评估后，Gosedopp 得出了机器人雕刻末端执行器的最终设计。它包含以下组件：

• 铣头 — 铣削工件刀具的“业务端”。
• 机械臂 — UR10 协作机器人。
• 电脑 — 该程序在 RoboDK 中生成并导出到机器人程序。
• 控制器盒 — 执行信号处理并运行 RoboDK 制作的机器人程序。
• 真空 — 进行了灰尘和碎屑的提取。
• 安全系统 — 使用激光扫描仪检测是否有人进入工作区并停止机器人。

最后，Gosedopp 能够实现以下木雕应用，如本视频所示：

你可以用无尘雕刻机器人做什么？ 在下面的评论中告诉我们或加入讨论 领英 , 推特 , 脸书， Instagram 或在 RoboDK 论坛 .