适用于注塑成型的多轴机器人中的新选项

当决定购车时，买家可能会问到四轮驱动相较于两轮驱动的优势，或者一款车型的腿部空间是否比另一款车型更充裕。买家不怎么会问到一款汽车是否优于另一款，而是试着确定哪款汽车更容易在冰雪中操控，或者哪款汽车对高个子驾驶者而言更加舒适。 注塑模具制造商询问不同的机器人配置时也是如此。如今市面上的产品五花八门，模具制造商必须要了解每种设计的利与弊。

适合注塑模具制造商的机器人

3 轴直角坐标 BEAM 机器人（有时称为桁架式机器人）是注塑成型自动化领域的主力。与几乎可在任何工业应用中使用的 6 轴铰接臂机器人和较简单装置（如 SCARA 机器人）不同，直角坐标机器人主要为了满足注塑成型的独特需求。 直角坐标机器人因法国哲学家和数学家勒内·笛卡儿（他使用三条基本的 X、Y 和 Z 轴定义空间）而得名。这些机器人均拥有一条垂直的 Z 轴（可延伸至半模具之间的空间）、一条 X 轴（通常根据从模具上方区域延伸至机器外部一点的水平横梁定义）和一条 Y 轴（与机器成一条直线地移动垂直臂，以从模芯上剥去零部件，或将零部件置于成型区外部）。 如果您只是需要机器人从注塑机中取出零部件以确保快速且可重复的循环，则 3 轴机器人很可能就足够。只有在需要对机器人提出更高要求（模具内部或机器外部的附加操纵选项）时才需要开始考虑先进的 3 轴、5 轴或 6 轴机器人。 另一方面，6 轴铰接式机器人拥有一只在许多方面与人的手臂相似的机臂。它可以绕其基座旋转，就像人体上肢绕肩部旋转一样。它可以在中间弯曲，就像人体肘关节那样，并且有一个手腕，可以按照上下弧度旋转和移动手掌。因此，铰接臂机器人可以在几乎任何角度以及其触及范围内的几乎任一点抓住物体。 3 轴机器人所使用的气动手腕已构建了一些相同的运动。这些就是 Sepro 所说的 R1 和 R2 旋转，它们可使手腕完成从 0° 到 90° 或从 0°到 180° 的运动而中间没有任何停顿。但是，根据成型单元中构建的额外自动化情况（例如插入供料器或测量、修边、焊接或装饰设备），在简单的 3 轴机器人中添加气动手腕旋转可以使其成为非常复杂的自动化系统的一部分。

5 轴伺服机器人

2012 年 10 月，Sepro 推出了带有 5 个伺服驱动运动轴的 5X 系列 机器人。它提供许多与 6 轴铰接臂机器人相同的零部件处理功能，但是其操作系统对于任何用过 3 轴机器人的用户而言并不陌生。 同三轴机器人相比，X、Y 和 Z 轴均相同。不同之处在于垂直臂末端的伺服手腕。伺服手腕不再单单只是完成 0° 到 90° 或 0° 到 180° 的摆动，而是随时可以完成 R1 和 R2 圆弧的任意角度，并且这些运动可同时执行。实际上，这款机器人能够随时控制 5 个轴的移动。 其秘密就在于伺服机构。伺服电机包含一个位置编码器，可随时识别驱动轴的确切位置。然后，控制系统集成 5 个轴上伺服电机的位置信号，从而可以始终知道机械手和零部件的确切位置。这样，机器人便能非常精确地完成极其复杂的运动，并能够完美地重复这些动作。 如果某个复杂零部件无法沿着直线从模芯中顶出，或者系杆之间的空间有限，则必须先旋转零部件，然后才可将其从机器中提出。伺服手腕能够像人的手掌和手腕那样完成这些多轴运动，并且速度和精度要高得多。 当从模具中取出零部件，需要执行二次操作，比如上胶、组装或边缘燃烧以消除闪光。5 轴机器人可以在取出产品后直接移动到指定位置进行操作，这比让操作工来完成要有效的多。 如今的5 轴机器人具有顶端插入的速度优势，能够缩短周期时间，甚至比6轴机器人的动作更灵活。因此，5 轴机器人可以实现许多 6 轴机器人才能完成的复杂零部件操作。

6 轴铰接臂机器人

编程和控制系统的复杂性一直是有关在注塑成型中使用铰接臂机器人的主要关注点之一。即便是铰接臂机器人的直线运动，也需要协调多种不同的铰接接头。某些模具制造商认为他们需要专门培训的人员来处理这些机器人的编程和维护。这种想法在一年前发生了变化，Sepro 当时在推出 5X 系列 直角坐标机器人的同时也推出了 6X 系列 铰接臂单元，该单元经过调整能够使用与直角坐标机器人相同的控制系统。使用“简单取放”编程，用户只需逐步识别机器人循环（挑选、质量检查、卸货、堆叠等）中的不同点和位置。然后操作员向机器人手动“讲解”每点之间的路径，从而可以自动计算出轨迹（直线或曲线）。因此，注塑模具制造商会发现如今 6 轴机器人的编程和操作要比过去简单许多。它们现在可以只根据最适合其应用的标准来评估直角坐标和铰接臂配置。

利与弊

5 轴机器人与 6 轴机器人之间的明显区别是添加了 360°的触及能力。直角坐标机器人只能按照与注塑机成直线或垂直的方式运动。较长的横梁还可以侧向增加，或者安装在轴向方向（长长的 X 轴横梁沿着机器顶部延伸），它们可以在注塑机端部卸载零部件。这样的话，注塑机便有可能更紧密地放置在一起，使地面空间得到优化。 直角坐标机器人通常安装在注塑机固定板上方。因此，它们无法延伸至机器的注射端；而 6 轴机器人由于在各个方向上的延伸范围相同，因而拥有更大的工作包络面。因为它们不是像 BEAM 机器人那样安装在注塑机顶部，所以它们可能是唯一适用于高架空间受限工厂的自动化解决方案。由于它们通常是从侧面进入模具区，而不是像直角坐标 BEAM 机器人那样从顶部进入，因此铰接臂单元也许更适合垂直夹嵌入式注塑。它们的运动不受垂直夹限制，可以轻松到达这些机器上常见的转盘上的多个工位。 然而，在不同环境下，优势也会成为限制。当室内净高较低时，落地安装效果不错，但是如果机器周围的空间有限，则落地安装就比较麻烦。侧进式通常将 6 轴机器人限制在机器背部，这样的话，它们就不会干预对操作员控制面板的访问。如果使用直角坐标机器人，则可以更方便地进入机器任何一侧。近年来，铰接臂机器人的速度得到提升，能够胜任许多运动，但通常认为 BEAM 机器人进出模具空间获取零部件的速度更快。这在某些快速循环应用中可能是关键因素。 最后，存在成本问题。一般而言，直角坐标机器人（即使添加了伺服驱动手腕）将比铰接臂机器人的成本低 30% 左右。 所有这些因素均不应理解为一种配置好于或差于另一种配置。配置的好坏实际上取决于每个注塑厂的具体情况，以及适合特定应用的独特条件。直角坐标机器人与铰接臂机器人有时甚至结合使用。机载式 BEAM 机器人选取零部件并将其提供给铰接臂装置以执行二次操作。当成型周期相对较短并且下游功能特别繁琐、费时或复杂时，这可能是理想的设置。 借助于 Sepro、其合作伙伴和其他供应商的新技术，如今注塑模具制造商在实现过程自动化时拥有比以往更多的选择。然而，更多选择也使决定需要哪些特征和功能的过程变得更加复杂。所以，正如您在购车时会向有见识且信誉好的经销商寻求帮助一样，让可靠供应商中见多识广的顾问帮助您选择最合适的机器人非常重要。 [caption id="attachment_1532" align="alignleft" width="200"] Scott Kendrick，Sepro Robotique 产品项目经理[/caption]