机器人随着连接、协作和更容易编程而进步

封面故事:先进的机器人发展包括改进的安全和专业环境设计，协作应用，更好地与其他系统集成，以及增强监控以减少停机风险和降低维护成本。见图片库，链接到五个机器人视频。

通过Emily Guenther, Mark T. Hoske, Chris Vavra 2016年12月7日

机器人的进步包括对安全和专业环境的改进，协作应用，与其他系统的改进集成，以及更好的监控系统，以减少停机风险和降低维护成本。以下信息包括9月和11月在芝加哥举行的2016年国际制造技术展(IMTS)和2016年Pack Expo国际博览会以及11月在亚特兰大举行的自动化博览会的公告。

机器人集成:更简单地设置自动化机器单元

机器人与机床的连接变得越来越容易。西门子Sinumerik 828数控系列提供了一种更快、更简单的将机器人连接到机床的方式，这已成为自动化生产单元设置的组成部分。(参见图1。)

由不同制造商设计的不同类型的机器人现在可以使用Sinumerik Integrate Run MyRobot / EasyConnect接口连接到配备Sinumerik 828D系列的数控机床上，以执行处理任务。这使得任何规模的公司都可以经济高效地设置自动化单元，包括串行机器，甚至使用相同标准接口的不同类型的cnc。自动化单元设置的附加功能是机床工作流程的简单优化，移动状态监测和远程维护。

基于标准的接口

该接口基于德国机床制造商协会(VDW是德语首字母缩写)和德国工程协会(VDMA)定义的标准，用于将机器人或搬运系统连接到机床。为了尽可能方便地使用接口，机器人通过以太网(Profinet RT)或使用I/O信号连接。这样，操作员可以很容易地在机床和机器人之间同步过程，从而在自动化生产单元中定位有效的过程。

自动化工作过程是自动化单元设置的一个重要方面，涵盖了机床的各个方面。这些过程从准备工作开始，以获取机器上所有必要的信息和数据，并有效地操作机器，包括使用移动终端设备来可视化机器状况。西门子提供智能操作功能，将智能触摸技术集成到生产环境中。同时，机器操作员可以访问工厂网络，并可以在用户界面上查看合同文件。这个概念还包括在pc上进行准备工作的应用程序，例如，创建部分程序。促进机床远程诊断的功能是自动化单元设置解决方案的另一个组成部分。

数据交换

随着Sinumerik集成访问MyMachine，西门子提供方便和可靠的功能，远程诊断使用企业网络或互联网接入。基本的Access MyMachine / P2P应用程序可以方便地从Microsoft Windows PC与连接的机器交换数据。IP地址用于工厂网络内的寻址目的。如果应用程序配置得当，机床操作员可以通过Internet或公司网络外部访问机器。除了机器访问之外，Sinumerik集成访问MyMachine / Ethernet (ASP)还提供了机器历史的快速概述。Sinumerik CNC允许上传和下载机器数据，文件，行程记录器和可配置的PLC跟踪。在不寻常的机器情况下，也可以使用文本消息(SMS)或电子邮件通知。ASP允许经济有效地监控故障状态，并全面集成内部服务和维护过程。

安全应用的机器人技术

公司希望机器人在危险的环境中执行任务，这些任务可能是危险的、重复的，或者对人类来说太快或太精确。随着机器人变得越来越复杂，工作效率也越来越高，潜在的用途也在增加。

在Pack Expo上，安川摩托机器人(图2，封面图片的一部分)在智能更新的Alvey 891i码垛机前的机器人码垛单元中工作，该码垛机集成了垂直往动式输送机和电机驱动滚筒(MDR)输送机。查看更多相关智能码垛软件的机器人操作下面。

Denso Robotics www.densorobotics.com在Pack Expo上展示了一款机器人，该机器人专为存在过氧化氢的无菌制药环境而设计。它的目的是在清洁的环境中提供自动化，防止人工任务和人为错误带来的异物。电装公司的机器人销售经理彼得·卡瓦洛说:“它被设置在一个消毒的环境中，用于加工小型装配产品。”

卡瓦洛补充说，自从他们两年前开始研究这个项目以来，对能够在这种环境下工作的机器人的需求一直在增加。卡瓦洛说:“我们收到了客户的要求，他们想要一款能够处理这种工作的机器人。”

该机器人的其他应用还包括再生医学和细胞培养。这些都是非常精细、精确的应用，在几年前是无法想象的。技术进步不断打破潜在的障碍，现在它们正在进入可能对工人安全产生重大影响的领域。如果它们被设计成与人类合作，这一点尤其正确。

协作机器人的更多好处和机会

协作机器人在各种工业应用中提供了好处和开放的机会。

在Pack Expo上，一个主要的概念是协作机器人的存在，以及它们在优化和创造各种工业应用机会方面的光明未来。虽然自动化流程并不新鲜，但在许多制造商中，实施和实现其背后的投资回报率(ROI)是重点关注的问题。协作机器人的主要理念是，它们将与人类工人一起工作，而不是取代他们，帮助优化操作。协作机器人可以:

降低风险。有了协作机器人，工厂车间的风险大大降低。机器人可以在这些区域工作，而不是让人员在高风险环境中工作。机器人也可以被添加到对人类来说太危险的工作区域。
提高质量和数量控制。人类会犯错，而机器人可以被编程来做同样的工作而不会出错，从而在不影响质量的情况下加快流程。虽然机器人的健康状态很重要，需要维护以确保最佳性能，但性能比人类更可预测。
为工人创造成长机会。人类可能会对机器人取代工人表示担忧。协作机器人的一个关键词是“协作”。“机器人并不是在取代人类工人，而是让他们有机会通过学习如何为机器人编程、成为机器人技术人员和机器人维护来扩展工人的技能，”该公司高级项目经理约翰·韦伯说川崎机器人(美国)有限公司。
增加灵活性。由于与传统机器人相比具有更大的灵活性，协作机器人在短线工艺中的应用越来越多。川崎展示了一款双臂协作机器人，可以在需要的地方轮式移动(见图3);川崎duAro机器人在模拟的生产线上工作，另一个提供冰淇淋(见下面的视频链接)。
增加经济的发展。近年来，将制造机器人集成到工厂的操作中变得更具成本效益。小型机器人可以很容易地维护和控制，只需一个移动应用程序。

联合技术,一个通用的机器人系统集成商，展示了一个视觉引导包装和码垛应用程序，其特点是UR5机械臂从智能零件馈送器中挑选巧克力，按颜色排列，将它们装进盒子，并将完成的组件码垛。机械臂的灵活性使其能够集成到工厂车间的许多流程中。

在另一个优傲机器人的应用中，使用了自动化妆品检测系统HNJ解决方案HNJ Solutions的首席执行官Greg McEntyre表示:“客户可以根据需要向系统添加新产品，而机械臂几乎可以满足任何产品定位要求。”“机械臂的协作特性使我们能够到达机器环境之外，并自动处理位于生产线人员附近的组件。”(请参阅本页顶部封面上的UR图片，本文最后一页上的另外两张UR相关图片，以及下面12月的文章中的另一张图片:一个不断扩大的开源机器人软件集团的成果之一是更容易、更安全的机器人编程”)。

协作机器人是可靠的，容易与现有的操作集成，并解决日益短缺的产业工人。协作机器人是一颗更容易吞咽的药丸，而许多工厂设施正在适应自动化和相关运营效益的发展。

在IMTS，优傲机器人在北美推出了优傲机器人+;它是优傲机器人终端执行器、抓取器、软件、视觉摄像头和其他配件的应用商店，经过设计、测试和认证，可以与优傲机器人手臂配合使用。展台演示包括Robotiq, Sick, OnRobot和Airgate提供的UR+。

协作机器人组装、填充盒子

协作机器人能够在一些没有传统安全笼的应用中与人类合作，也可以相互合作，如图4所示来自Pack Expo的演示重新考虑机器人。

照片和在线视频显示，Rethink Robotics公司的索耶使用气动执行器提起一个盒子，将其放置在一个导向器上以打开盒子，并将盒盖的位置固定在盒子底部。(没有显示锥度，但它可能位于机器人之间的方形框架下。)Rethink Robotics公司的销售应用专家托马斯·米勒解释说，然后再用塑料瓶填充成型的盒子。

展示的机器人彼此之间并不直接交流;使用嵌入式视觉和视觉定位指示器。Miller指出，Rethink Robotics的软件升级对机器人来说是免费的，并且可以自动增加机器人硬件性能的功能和速度，而无需改变硬件。

协作机器人的应用范围很广，包括机器维护、装配和轻型装配。Rethink Robotics在最近的一份声明中指出，Sawyer将Deco Lighting的装配时间缩短了1200%。通过在每条装配线上部署Sawyer, Deco Lighting可以探索使用Sawyer机器人在非工作时间保持生产运行，进一步缩短客户的交货时间。

无线控制增强安全性

工业无线通信可以控制机器人，以减少对人类的风险，正如自动化博览会上HMS展台所展示的那样。

一个HMS Anybus无线螺栓接入点(大约冰球的一半大小;(图中未显示)将命令从分切机的控制框移动到上面发那科机器人的控制柜(图5)。机器人根据需要更换分切机刀片，以保持质量，并且更快，不会对人类造成风险。(刀刃非常锋利。)无线传输是通过蓝牙或WLAN技术进行的。无线螺栓可以通过串行、can或以太网连接设备。

增加机器人协作

发那科美国公司该公司在IMTS和Pack Expo上展示了潜在的产品。IMTS的参观者观看了发那科CR-4iA、CR-7iA桌面级协作机器人和CR-35iA重型载荷协作机器人的演示，下面介绍了发那科的信息。CR-7iA、CR-7iA/L和CR-4iA协作机器人是在推出更大的CR-35iA协作机器人之后推出的。发那科美国公司(Fanuc America)产品经理格雷格·布尔(Greg Buell)表示，这些机器人具有“高度敏感的接触检测功能，可以与人共享工作站”，并允许“机器人执行更艰苦的任务或重复操作，而无需昂贵的工业安全屏障。”

演示包括视觉引导齿轮拾取和放置到变速箱中，然后拆卸三个组件。同样的CR-7iA/L协作机器人移动到第二个工位，选择一个继电器，将其呈现给防错摄像机以验证该部件是可接受的，然后将继电器插入电路板。然后机器人拆卸电路板，如此循环往复。机器人可以安全地与操作员互动，处理不同类型的零件，并在移动平台上工作。有关好处列表，请在线查看本文的更多信息。

发那科进军协作机器人领域

新的发那科CR-7iA, CR-7iA/L和CR-4iA协作机器人提供的功能和优势，包括:

三种紧凑型提供550-911mm射程和4-7kg有效载荷能力
地板，墙壁和天花板安装选项
安全级触点检测，熟悉的绿色外观颜色
设计具有与发那科传统机器人相同的高可靠性
在各种制造应用中与人工操作员合作
支持发那科智能功能，如iRVision、Force Sensing
设计满足ISO 10218-1:2011和RIA/ANSI R15.06-2012的安全要求
使用小型R-30iB Mate控制器，能够在120 V上运行。

避免机器人停机

在Pack Expo上，发那科智能边缘连接和驱动(FIELD)系统展示了发那科cnc和自动化系统中使用的机器人、外围设备和传感器的先进分析和深度学习能力。

FIELD系统允许零停机时间(ZDT，图6)等应用或深度学习或机器学习等功能应用于工厂现场的边缘级别，如发那科的材料所解释的那样。FIELD系统基于边缘计算，在制造现场处理大量数据，最大限度地减少共享数据的数量和成本，同时为合适的应用程序提供与云的安全连接。来自不同机器的系统上的这些数据也可以用于设备之间的协作、性能优化、改进的可追溯性和质量控制。

为了开发该系统，发那科与思科、罗克韦尔自动化以及人工智能(AI)软件提供商Preferred Networks合作。

现场硬件和软件允许多个外部计算设备安全地添加到工厂网络中。该软件套件具有开源和专有许可产品(来自Cisco和Preferred Network)。在软件加载和配置之后，应用程序开发人员可以通过开放的应用程序编程接口(API)访问来自所有自动化设备(包括CNC机器和机器人)的机器数据。轻松访问机器数据大大减少了第三方开发在FIELD系统上运行的应用程序的工作量，提供监控，分析和实时功能。

还展示了与机器人和罗克韦尔自动化可编程自动化控制器(pac)的互连。发那科美国公司产品开发总监Joe Gazzarato预计，FIELD系统将“使新的应用能够显著改善机器的可靠性、质量、灵活性和速度，从而提高制造效率和盈利能力。”FIELD系统计划于2016年底发布。

无停机时间

ZDT从26家工厂的6000多台机器人中收集数据。ZDT监控这些机器人，以查看应用程序是否导致可能导致故障的异常磨损，如果是，发那科会在停机前发送支持部件以解决问题。有了ZDT，发那科跟踪机器人的使用情况，并在适当的间隔发送提醒，以确保重要的维护活动按时完成。随着FIELD系统和ZDT的广泛应用，发那科希望帮助更多的客户提供智能的、基于状态的维护通知，并帮助优化机器人的性能和寿命。

在展会上，一台运行在思科UCS(服务器)上的ZDT数据采集器收集了展台上机器人的数据，并将其发送到云端。监视器显示了云中可用的机器人健康数据，如RV、电机、E-stop、能源使用情况、维护提醒等。

“物联网与工业制造的融合已经开始。与工厂车间设备的连接正在快速增长，”Gazzarato补充道。这种连接打开了通往新数据源的大门，使应用程序可以利用这些数据来提供真正的商业价值。”

罗克韦尔自动化，FIRST机器人

罗克韦尔自动化(纽约证券交易所代码:ROK)在其自动化博览会上宣布了一项为期4年，价值1200万美元的承诺，旨在激励年轻人参与科学技术，教育和数学(STEM)的激励和认可科学技术(FIRST)组织。在过去的10年里，罗克韦尔已经为解决填补STEM岗位的关键需求提供了捐赠和支持。许多这样的职位空缺，一方面是因为对现有的高科技工作种类缺乏认识，另一方面是因为缺乏符合当今需求的技能。随着劳动力年龄的增长，技能差距对许多制造商和自动化公司来说是一个挑战。

罗克韦尔之前曾作为FIRST乐高联盟项目的全球赞助商(见图7)和FIRST机器人竞赛(FRC)的赞助商与FIRST合作，全球近200名罗克韦尔自动化员工为FIRST项目贡献了时间，300多名员工志愿为该组织提供其他服务。该公司还为FIRST机器人大赛(FIRST Robotics Competition)的比赛场地和计分系统捐赠了产品，这些产品都包含在团队用来制造机器人的零部件套件中。

罗克韦尔自动化被公认为FIRST战略合作伙伴，是FIRST最高级别的赞助商，也是FIRST机器人大赛的皇冠供应商。

集成机器人，运动控制

的Intelligrated正如Pack Expo所解释的那样，用于机器人操作的智能码垛软件可以轻松调整层模式和负载配置，从而提高灵活性、速度和负载完整性。

新的软件允许操作轻松调整托盘负载配置，而不需要额外的编程或繁琐的集成。它专为处理各种产品类型和尺寸的机器人码垛操作而设计，并允许操作员根据不断变化的产品尺寸和其他变量简单地调整负载模式和堆叠特性，从而提供更高的灵活性，速度和负载完整性。

该软件集成了机器人单元的标准控制系统，允许设备操作人员选择用户定义的负载配置，大大简化了产品转换。可以调整负载配置、模式和产品大小，而无需拨打服务电话或利用复杂的外部软件程序。使用所需的最低培训;高级功能还包括行形成和箱子翻转，可以在多行上进行多片拾取和掉落，并且比竞争对手的选择产生更高的速率。智能，现在是霍尼韦尔的一部分，为零售商，制造商和物流供应商提供智能自动化物料处理解决方案。

安全区，CNC，机器人集成

在imt,三菱电机自动化公司。展示了各种机器人和安全自动化，包括三菱Melfa SafePlus安全区技术，可以安装传感器，在传统机器人周围创建一个无笼子的安全区，如果有人进入警戒区域，就会减速，并在距离机器人最近的红色区域停车，而不会完全停车。三菱FESG中西部地区经理Scott Zeller表示，三菱Melfa SafePlus可以与任何20公斤或以下的机器人一起使用，代表了开放操作机器人的未来。Zeller说，今年有三个更大的机器人，它们具有相同的框架尺寸，但根据有效载荷(30公斤，45公斤或70公斤)而不同，几乎立即产生了大约12个订单。三菱电机自动化(Mitsubishi Electric Automation)的m800型cnc控制系统集成在面板内单元中，也是重点技术之一。

库卡连接软件在IMTS被引入北美。软件平台将库卡机器人连接到云端。使用Kuka Connect，客户可以随时随地在任何设备上访问和分析机器人的数据。Kuka Connect基于开放的全球标准，安全地利用云计算技术和大数据分析，为客户提供最大程度的库卡联网机器人可见性。基于订阅的平台不需要软件安装，并为客户提供对新特性和功能的即时访问。

日本安川电气Motoman在IMTS上，展示了协作机器人、移动机器人和机器视觉交互机器人，用于人机协作应用、材料搬运、移动搬运和物流、视觉和焊接应用。亮点包括:

新的移动操作技术，用于多种处理操作或物流任务
新型搬运机器人，IP67等级，表面易于清洁，可在恶劣环境中使用;图(图9)显示了电缆和软管如何在机器人内部运行。
新硬件/软件使用一个3-D机器视觉头进行随机拣箱
适合高混合/小批量生产的弧焊工作单元
高精度装配，集成视觉引导力传感和功能安全单元(FSU)，用于协作操作员交互
弧焊和点焊用机器人
超薄机器人零件定位器，宽度比标准定位器小17%
设计用于与人类一起或接近人类安全地工作的协作机器人。

采摘、摆放、保养

ABB在Pack Expo上展示了机器人拣选、包装和码垛演示，以及机器人维护包。与机器人相关的亮点包括:

高速拣选与ABB FlexPicker和SCARA(选择性合规铰接机械臂)机器人:ABB IRB 360 FlexPicker delta机器人和ABB最近推出的SCARA机器人系列模型的高速拾取演示。delta机器人有1公斤、3公斤和8公斤(17.64磅)三种型号，标准长度为1130毫米(44.5英寸)，扩展长度为1600毫米(63英寸)，分别为1公斤和6公斤。8公斤模型为处理更重的单个产品，更重的工具和更大的产品组提供了强大的解决方案。1公斤和3公斤的FlexPickers可在IP69K额定不锈钢模型，和6公斤和8公斤的模型可与IP67保护大多数卫生应用。

IRB 910SC是ABB的第一个SCARA机器人系列。它旨在强调速度和准确性，适用于需要快速，可重复和清晰的点对点运动的通用应用。单臂机器人可以在有限的空间内操作，并且可以安装在桌面上。最大有效载荷为6公斤，可在450毫米，550毫米和650毫米(25.6英寸)范围内使用。

新的Soft Robotics抓取器(图10)可以用一个设备操作不同大小、形状和重量的物品。这些可用于仓储、制造和食品加工环境，在这些环境中，处理产品的不确定性和多样性妨碍了自动化的使用。

ABB YuMi协作机器人在大多数应用中不需要障碍物、笼子和区域。ABB称其为“世界上第一个真正的协作双臂工业机器人”，于2015年汉诺威工业博览会上首次亮相。YuMi包装应用包括将多个组件组合成包装，组件组装和易碎材料包装。轻质和刚性的镁骨架覆盖着浮动的塑料外壳，并包裹在柔软的衬垫中以吸收冲击。紧凑的尺寸与人类的尺寸和动作相当，使人类同事感到安全舒适。

高速堆垛:IRB 460据说是同类产品中速度最快的码垛机，旨在满足生产线末端和袋式码垛应用的高吞吐量要求。该单元包括机器人工作室码垛PowerPac软件，便于设置和编程。ABB FlexGrippers每小时可循环2190次;ABB表示，4轴IRB 460的延伸距离为2.4米，占地面积减少20%，运行速度比最接近的竞争对手快15%。

ABB客户服务连接服务是一个全天候互联的生态系统，ABB将其称为物联网、服务联网和人联网。所有ABB机器人都可以无线或硬连线连接，提供预测、主动和即时的支持。互联服务都利用来自全球互联机器人的复杂软件传输的可操作数据。五种互联服务可以根据客户的应用进行定制:状态监测和诊断、备份管理、远程访问、车队评估和资产优化。

有关机器人编程的更多信息，请参阅本期的相关文章:“更容易、更安全的机器人编程是不断扩大的开源机器人软件集团的成果之一。”

本报告的撰稿人是艾米丽Guenther，副内容经理;eguenther@cfemedia.com;克里斯Vavra制作编辑;cvavra@cfemedia.com;和马克·霍斯克内容管理器;mhoske@cfemedia.com，控制工程除了从提到的一些公司获取资料外，还有CFE Media。

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