Toolcraft是西雅图的一家小型加工车间，他们正在寻找一种实现CNC机床三班倒机器看护任务的自动化解决方案。Universal Robots（UR）公司推出的新型协作机器人UR5e，该机器人的重复精度为30μm，支持内置力/扭矩感应功能。因此，Toolcraft选择了UR5e协作机器人负责本次任务，成功节省了23％的生产成本，并将产量提高了43％。

迫使车间作出这一重大决定的原因是，近期Toolcraft拿下了一个大订单，需要加一个班次才能保证全天候生产顺利完成。“没有员工愿意值守第三班次，”运营总监Steve Wittenberg说道。而且，加工车间所在地区的失业率仅为3％，很难招聘到合适的人员。于是，他将目光投向了自动化领域，最初是考虑引入传统工业机器人。

图1 Toolcraft的自动化工程师Brian Laulainen成功创建了一款零部件冲洗和干燥工作站，作为Universal Robots协作机器人UR5e的应用插件

如果仅仅从硬件方面考虑，传统机器人似乎是更加经济高效的解决方案，Steve Wittenberg表示，“但是，考虑到撤掉防护栏、节省操作时间、消除繁琐编程等种种优势后，我们最终选择了Universal Robots。”

协作机器人的多功能应用

促使Toolcraft投资购买协作机器人的原因是一个医疗设备的多线程零部件，需要加载到三步数控加工操作中。Toolcraft与Universal Robots认证系统集成商Rapid Design Solutions共同探讨了该解决方案。公司负责人说：“进行多操作精密加工时，精度要求也会提高，当我们听说UR5e的重复精度可达30μm时，非常兴奋，我还没见过其他协作机器人在进行多操作加工时能达到这么高的精度。

图2 这种多线程医疗设备零部件需在CNC加工中心进行高精度处理，所以需增加第三个班次。根据Toolcraft的解决方案，此看护工作交由协作机器人UR5e负责

Wittenberg先生解释说，实施该解决方案六个月之后，车间产量显著增加。“为此，我们专门编排了第三个班次，将每周的零件生产量从255个提高到370个。除此之外，年生产量可提前7周完成，这台机器便可用于生产其他零部件。”同时他还补充到，Toolcraft期待在12个月内回本。

虽然协作机器人已经帮助车间实现全天候生产，但是其最大的潜能尚未被充分发掘。一个加工周期为56min，但是UR5e看护零部件的时间仅为6 min。“剩余时间里，协作机器人什么都没有做，只是在等待下一个周期。我们想让它忙碌起来。”Wittenberg博士说道。为了充分利用协作机器人的工作时间，车间增加了一个部件冲洗、清洁工作站。

图3 UR协作机器人编程简单，只需将机器臂移动到预期航路点即可

UR5e将加工后的零部件从CNC数控加工中心上取下来后放入冲洗溶液中，然后零部件经过空气喷射机进行干燥。UR5e再将清洗干燥后的零部件放在货架上，安排发货。加工车间可以通过UR5的I/O接口控制气动固定装置和舱门驱动器。“这种设计显著降低了CNC的布线需求，并保留了所有CNC的标准安全功能，”Ojalehto先生解释道。

学习编程

当Toolcraft在寻找系统集成商完成初始化应用和运行时，车间已经具备了自行安装和编程冲洗和干燥工作站的能力。“我们能够做到这点，离不开Universal Robots公司提供的免费在线支持，”Wittenberg博士说道。“参加UR在线学院课程学习后，我们的工程师用了几个小时便成功将该工作站添加到了协作机器人的工作周期中。”

图4 UR5e的重复精度为30μm，能够精准地将多线程零部件插入固定装置中

“我们之前从未使用过协作机器人，”Toolcraft的自动化工程师布Brian Laulainen说道。起初，Wittenberg先生担心协作机器人承担了除常规机器看护职责以外的其他责任后会降低产量。但是，团队很快发现可以使用Universal Robots的模拟器，对整个周期进行离线编程，完全不会影响协作机器人工作。离线程序可以通过USB直接加载到UR5e中。“整个编程在办公室内完成，我只是设置了几个空白的航路点。站在协作机器人的旁边，我可以利用协作机器人的自主移动功能，将它移动到正确的位置，然后设置新的航路点，”Laulainen先生说道。

结语

随着第一个协作机器人的成功安装，Toolcraft计划每年新增一台协作机器人。“现在，公司的自动化工程师能够开展检查和故障排除工作，解决所有关键问题，以满足我们设定的目标。”Wittenberg博士表示，车间下一个目标是对卧式加工中心进行看护。这确实是一项充满挑战的工作，因为铣床使用的是旋转式tombstone文件系统，经常会在铣床上换进换出，在固定方面存在一定的困难。但是，我们有信心通过Universal Robot机器人以及夹具方面的创新来解决这些问题。”

图5 Toolcraft选择PHD公司的PneuConnect夹具，作为UR5e的末端工具

Universal Robots最新产品的一项新功能是反馈节点的作用力，这是确保零部件与加工中心固定装置完美匹配的关键。Ojalehto先生说道：“通过X轴、Y轴和旋转的Z轴的自由移动，我们可以将零部件推入固定装置中进行扭动，再通过简单的编程让协作机器人遵从指令，成为有人情味的机器人。”正在他说话的时候，Toolcraft的老板Karl Niemela恰好经过，他停下来说道：“他打算将这台协作机器人命名为Clarence。这个名字非常适合如此先进的协作机器人。