协作机器人触及点:兼具抓取和装配功能

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直接回答: 协作机器人的臂展通常以机械臂完全伸展时的半径来衡量,而在这个姿态下几乎没有装配动作。因此,真正重要的问题是:每个工作点是否都能在合适的姿态下完成操作?在参考循环中,机械臂从上层托盘取物,然后向下伸入传送带上的零件,因此两个高度差异很大的工作点都必须位于臂展范围内。

本视频概述了应用场景。视频内容仅用于观察流程,不涉及特定型号的性能、安全性或验收声明。

这是给谁的: 本指南是为装配和工艺工程师编写的,旨在帮助他们为生产线旁的工位选择合适的协作机器人,其中机械臂必须服务于多个工作点并与人员共享空间。

范围: 它涵盖了工作点、工具几何形状、姿态裕度和人员间隙如何决定机械臂是否足够,以及每项判断还需要哪些证据。它不涉及夹爪设计、控制器编程或风险评估方法本身。

协作机器人手臂从上方的零件托盘向下伸入传送带托盘上的铸造气缸盖中。
协作机器人手臂从上方的零件托盘向下伸入传送带托盘上的铸造气缸盖中。

纸上的半径,单元格中的一组姿态

数据表上的臂展数据只描述了一件事:手臂伸直时手腕所能到达的最远位置。这是一个清晰、可比较的数值,但它几乎与工作站实际要求机械臂执行的任何动作都不相符。实际运动中,关节会弯曲,工具会倾斜,而且前方会有障碍物。

所以这个数字本身并没有错,它只是回答了一个没人会问的问题。工作站真正关心的问题是:机械臂能否以合适的姿态服务于每个工作点:稳定、不接近关节极限、工具方向符合任务要求,并且在进出过程中不会发生碰撞。

正是这种差异导致协作机器人的臂展必须逐点检查,而不是逐个模型比较。两个标称半径相同的机械臂,一旦加上工具长度和接近方向,在同一工位上的表现可能截然不同,而这种差异只有在对各点进行命名后才会显现出来。

首先列出所有工作点

在参考循环中,机械臂执行一项非常普通但又极具指导意义的操作。它向上伸到上层送料架上的零件托盘,取出一个小零件,然后向下伸入下方传送带托盘上放置的大型铸件中,将零件放入指定位置。两个点,高度差异很大,接近方向也不同。

根据 ISO 10218-2:2025评估的是机器人的应用,而非机器人本身,协作机器人的触及范围也是如此:它是该工作站配备该工具的属性,而非产品目录中机械臂的属性。范围必须包含这两个点,并且必须将它们置于可用的姿态中,而不仅仅是触及它们。当只绘制其中一个点时,自然而然地会选择更容易实现的那个点进行尺寸测量,这正是工作站调试和需要移动送料器时所采用的方法。

同样的道理也适用于循环过程中涉及的其他所有环节:二次拣选位置、检验展示、废品丢弃、刀具更换。将它们的高度和进给方向列出来,就能把模糊的触及范围问题转化为简单的算术问题,而且通常比第一次查阅产品目录更省时。

从工作点和刀具长度,到姿态裕度和边界限制,再到人员净空,决策路径从人员净空开始,贯穿整个过程。
触及范围是指指定点的一系列姿态,而不是数据表上的半径。

边界附近的姿态余量

在工作范围边缘附近,机械臂仍能到达,但可用姿态的数量急剧减少。关节接近其极限,某些姿态接近奇异点,运动规划速度变慢且更难以预测。明显的症状包括动作迟缓、路径怪异以及难以复现的偶发性规划失败。

预留余量以确保常规操作能够舒适地运行在预定轨道范围内,这是一种选择决策,在选择阶段成本不高,但事后成本却很高。实际上,这正是车站图纸上看起来足够完善,但在调试过程中却需要重新调整布局的最常见原因之一。

根据 ISO 9283:1998机器人性能特征是在既定的测试条件下确定的,这正是为什么发布的图表描述的是机器人而非工作站的原因。工具的长度和方向会使工作点远离手腕,较长的工具会显著缩小实际操作范围。因此,工具的设计应该在尺寸确定过程中进行,而不是之后。

决策表:车站布局的合理性

该表格对比了车站布局本身能够证明的合理性与供应商仍需提供的证据。

车站布局的合理性体现在哪里?还有哪些方面需要证明?
申请中的证据 选择它来证明其合理性 你仍需提供的证据
两个工作点高度相近,进给距离短,工具轻便 紧凑型臂,两端均留有余量 使用实际工具在每个点进行姿态检查,包括接近和收回。
工作点位于高度差异很大的位置,就像参考周期中那样 尺寸确定依据的是最不利点,而不是平均距离 涵盖这两个点及其之间过渡的伸展和姿势研究
长端或斜端刀具,或循环过程中的刀具更换 工具几何形状在选择机械臂之前固定,因为它会改变实际边界。 每种工具配置都应进行信封检查,包括电缆和软管布线。
车站附近经过或工作的人员 在固定机械臂之前,进行布局和基于任务的风险评估。 评估实际任务和布局所需的净空、速度和力条件

即使车站没有围栏,也仍然需要进行安全检查。

协作臂通常不设围栏,这既是其吸引力所在,也是其复杂性所在。参考站位于传送带侧面,旁边设有走道,这意味着工作空间是共享空间而非封闭空间。

这样一来,布局和安全就成了同一个问题。机械臂的摆动方向、刀具的运动轨迹、零件的放置位置以及人员的走动路线,都可以在一张图纸上确定下来,而不是四张。尽早确定好图纸,才能确保在生产压力下人员走动时,工作站依然能够正常使用。

根据 ISO / TS 15066:2016协作操作的特点在于其具体应用,而非机器人本身是否被贴上“协作”的标签,这才是关键所在。没有围栏反而增加了评估范围,而评估的对象正是这项任务、这个工具以及这个布局。

这段视频证明了什么,又没有证明什么。

参考视频展示了一个清晰可见的流程。机械臂从上层托盘抓取组件,并将其放入下方传送带托盘上的大型铸件中,如此循环往复,两个工作点的高度明显不同。这些都是关于该操作的直观观察。

它无法证明所需的机械臂型号、循环时间、插入力或适用的安全条件。这些都取决于您的点位、工具和评估的布局,而这些信息无法从视频中获取。EVST 会在证据审查中记录这一界限,以便选择基于正确的输入。

之后剩下的就是一份简明扼要的协作机器人触及范围清单:使用真实工具在每个点进行姿态检查,在边界附近进行姿态裕度审查,以及针对共享空间进行基于任务的评估。能够提供这三项服务的供应商才算真正解决了触及范围的问题;而仅仅提供半径的供应商则不然。

询价单上应该包含哪些内容

明确工作站布局:标明所有工作点的位置、高度和进料方向,以及零件和托盘尺寸,并说明物料的进料方式。此外,还要标明刀具的概念,包括其长度、重量和方向,因为这些因素对实际操作的影响远超大多数人的预期。

然后说明人为因素:谁会靠近车站,多久一次,从哪个方向来,以及来做什么。如果正在考虑替代方案,请说明,因为一个有围栏的工业区, 协作机器人系列 选项和共享单元(例如机器人上下料概览案例)对间隙问题的回答截然不同,路径驱动型应用(例如协作机器人路径规划)也是如此。有了这些输入,就可以在同一张图纸上检查协作机器人的触及范围和间隙,而无需分别估算。

常见问题

我们能否根据所引用的臂展数据来比较双臂?

仅作为初步筛选。所标示的半径是在机械臂伸直的情况下测量的,但这与实际装配运动的方式不同。将候选半径与实际装配刀具后的工作点进行比较,排名通常会发生变化。

我们应该留出多少姿态余量?

足以保证日常动作不会接近关节极限或出现别扭的姿势。虽然没有统一的标准,但如果动作循环只有在手臂接近完全伸展时才能完成,那就表明需要重新审视布局或手臂本身。

这个工具真的能改变答案吗?

是的。工作点位于刀尖,而非手腕,因此刀具长度和角度会使所有工作点向外偏移,从而缩小实际工作范围。在选择机械臂后就确定刀具设计方案,是导致后期布局变更的常见原因之一。

合作部门的设立是否可以免除风险评估的必要性?

不,这会改变评估的范围。没有围栏,共享空间、任务、工具和布局都会纳入评估范围,因此,没有围栏的站点通常需要评估的内容更多,而不是更少。

项目输入内容以供申请审核

发送以下内容,即可在您的指定点检查覆盖范围,而无需按半径进行比较:

  • 车站布局图,标明所有工作点,包括高度和进站方向
  • 零件、托盘和料盘的尺寸,以及物料到达站点的方式
  • 最终模具概念,包括长度、质量和方向
  • 循环顺序,包括任何换刀或检验演示
  • 谁会靠近车站,靠近的频率如何,以及从哪个方向靠近。

如果您正在为生产线旁的工作站设计协作臂,请提供包含所有工作点及其高度、零件和托盘尺寸、工装方案、循环顺序以及人员在工作站周围移动模式的布局图。这样,您就可以在一张图纸上检查臂展、姿态余量和间隙。相关阅读: 协作机器人路径规划, 机器人上下料概述.

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