2.4　FANUC工业机器人

FANUC公司是目前全球销量最大的著名工业机器人生产厂家,产品门类齐全、规格众多,并可提供变位器、控制系统等配套附件。

2.4.1　通用型垂直串联机器人

(1)小型通用工业机器人

目前常用的FANUC⁃i系列小型通用工业机器人,主要有图2.4.1所示的LR Mate200i、M⁃10i、M⁃20i三系列产品。

LR Mate 200i 系列通用工业机器人采用了图2.4.1(a)所示的驱动电机内置式6轴垂直串联结构,其外形简洁,防护性能好。机器人的承载能力有4kg、7kg两种规格,产品作业半径在1m以内,作业高度在1.7m以下,重复定位精度可达±0.02mm。

M⁃10i系列产品采用的是6轴垂直串联电机外置式标准结构,其承载能力为7~12kg,产品作业半径为1.4~2m,作业高度为2.5~4m,重复定位精度为±0.08mm。

M⁃20i系列产品的承载能力为12~35kg。其中,承载能力为25kg的M⁃20iB采用驱动电机内置式标准结构,产品作业半径为1.8m,作业高度为3.3m,重复定位精度为±0.06mm;其他规格产品均采用6轴垂直串联电机外置式标准结构,产品作业半径为1.8~2m,作业高度为3.3~3.6m,重复定位精度为±0.08mm。

以上产品的主要技术参数如表2.4.1所示,表中工作范围参数X、Y的含义如图2.4.1(c)所示(下同)。

(2)中型通用工业机器人

目前常用的FANUC⁃i系列中型通用工业机器人,主要有图2.4.2所示的M⁃710i和R⁃1000i两系列产品,均采用6轴垂直串联后驱标准结构。

M⁃710i系列通用工业机器人有标准型、紧凑型、加长型3种不同的结构。标准型产品的承载能力为45~70kg,作业半径为2~2.6m,作业高度为3.5~4.5m,重复定位精度为±(0.07~0.1)mm;紧凑型产品承载能力为50kg,作业半径为1.4m,作业高度为2m,重复定位精度为±0.07mm;加长型的承载能力为12~20kg,作业半径可达3.1m,作业高度可达5.6m,重复定位精度为±0.15mm。

R⁃1000i系列通用工业机器人的承载能力有80kg、100kg两种规格,作业半径为2.2m,作业高度为3.7m,重复定位精度为±0.2mm。

M⁃710i、R⁃1000i系列通用工业机器人的主要技术参数如表2.4.2所示。

(3)大型通用工业机器人

目前常用的FANUC⁃i系列大型通用工业机器人,主要为图2.4.3所示的R⁃2000i系列产品,机器人采用6轴垂直串联后驱标准结构,可根据需要选择地面、框架、上置安装,产品的规格较多。

R⁃2000i系列承载能力为125~250kg,作业半径为1.5~3.1m,作业高度为2.2~4.3m,重复定位精度为±(0.15~0.3)mm。产品规格及主要技术参数如表2.4.3所示。

(4)重型通用工业机器人

目前常用的FANUC⁃i系列重型通用工业机器人,主要有图2.4.4所示的M⁃900i、M⁃2000i两系列产品。

M⁃900i、M⁃2000i系列重型通用工业机器人采用6轴垂直串联、平行四边形连杆驱动结构。M⁃900i系列的承载能力为280~700kg,作业半径为2.6~3.7m,作业高度为3.3~4.2m,重复定位精度为±(0.3~0.5)mm;M⁃2000i系列的承载能力为900~2300kg,作业半径为3.7~4.7m,作业高度为4.6~6.2m,重复定位精度为±(0.3~0.5)mm。

M⁃900i、M⁃2000i系列通用工业机器人的主要技术参数如表2.4.4所示。

2.4.2　专用型垂直串联机器人

专用型工业机器人为特定的作业需要设计。FANUC⁃i系列工业机器人主要有弧焊、搬运及涂装等产品,其常用规格及主要技术性能如下。

(1)弧焊机器人

弧焊(arc welding)机器人是工业机器人中用量最大的产品之一,机器人对作业空间和运动灵活性的要求较高,但焊枪重量相对较轻,因此,一般采用小型6轴垂直串联结构。

目前常用的FANUC⁃i系列弧焊机器人,主要有图2.4.5所示的ARC Mate 0i、ARC Mate 50i、ARC Mate 100i、ARC Mate 120i四种型号。

ARC Mate 0i、ARC Mate 50i弧焊机器人需要配套外置式焊枪。ARC Mate 0i承载能力为3kg,作业半径为1.4m,作业高度为2.5m,重复定位精度为±0.08mm;ARC Mate 50i承载能力为6kg,作业半径为0.7~0.9m,作业高度为1.2~1.6m,重复定位精度为±(0.02~0.03)mm。

ARC Mate 100i、ARC Mate 120i弧焊机器人可配套内置式焊枪。ARC Mate 100i的承载能力为7~12kg,作业半径为1.8~3.7m,作业高度为2.5m,重复定位精度为±(0.05~0.08)mm;ARC Mate 120i的承载能力为12~20kg,作业半径为1.8~2m,作业高度为3.2~3.6m,重复定位精度为±0.08mm。

ARC Mate 0i、ARC Mate 50i、ARC Mate 100i、ARC Mate 120i系列弧焊机器人的主要技术参数如表2.4.5所示。

(2)搬运机器人

搬运工业机器人是专门用于物品移载的中大型、重型机器人,产品一般采用6轴垂直串联标准结构或平行四边形连杆驱动的4轴、5轴变形结构。

目前常用的FANUC⁃i系列搬运专用机器人,主要有图2.4.6所示的R⁃1000i/80H、R⁃2000i、M900i、M410i等系列产品。

R⁃1000i/80H系列中型搬运机器人采用地面安装、5轴垂直串联变形结构(无手回转轴J6),其承载能力为80kg,作业半径约2.2m,作业高度约3.5m,重复定位精度为±0.2mm。

R⁃2000i系列中型搬运机器人有6轴垂直串联框架安装R⁃2000i/100P、地面安装垂直串联5轴变形(无手回转轴J6)R⁃2000i/100H两种结构形式,其承载能力均为100kg。R⁃2000i/100P的作业半径约3.5m,作业高度约5.5m,重复定位精度为±0.3mm;R⁃2000i/100H的作业半径约2.7m,作业高度约3.4m,重复定位精度为±0.2mm。

M900i系列大型搬运机器人采用6轴垂直串联框架安装结构,其承载能力为150~200kg。作业半径约3.5m,作业高度约3.9m,重复定位精度为±0.3mm。

M410i系列大型、重型搬运机器人采用平行四边形连杆驱动4轴垂直串联变形结构,机器人无手腕回转轴J4、摆动轴J5;机器人的承载能力为140~700kg;作业半径为2.8~3.1m,作业高度为3~3.5m,重复定位精度为±(0.2~0.5)mm。

FANUC⁃i系列搬运专用机器人的主要技术参数如表2.4.6所示。

(3)特殊用途机器人

食品、药品对作业机械的安全、卫生、防护有特殊要求,机器人的外露件通常需要使用不锈钢等材料,可能与物品接触的手腕等部位,需要采用密封、无润滑结构。用于油漆、喷涂的涂装类机器人,由于作业现场存在易燃易爆或腐蚀性气体,对机器人的密封和防爆性能要求很高。因此,以上特殊机器人一般都需要采用图2.4.7(a)所示的3R(3回转轴)或2R(2回转轴)中空密封结构,将管线布置在手腕内腔。

FANUC⁃i系列目前主要有图2.4.7(b)所示的用于食品、药品行业的M⁃430i系列,以及图2.4.7(c)所示的油漆、喷涂用P⁃250i两类产品。

食品、药品行业的机器人的物品重量较轻,作业范围通常较小,产品以小型为主。FANUC食品、药品用机器人(M⁃430i系列)有6轴垂直串联3R手腕和5轴垂直串联2R手腕两种结构,产品承载能力为2~4kg,作业半径为0.7~0.9m,作业高度为1.2~1.6m,重复定位精度为±0.5mm。

油漆、喷涂工业机器人的作业范围较大、工具重量较重,产品以中小型为主,FANUC公司目前有P⁃50i、P⁃250i、P⁃350i、P⁃500i、P⁃700i、P⁃1000i等不同产品,其中,P⁃350i的承载能力可达45kg,其他产品的承载能力均为15kg,但安装方式、作业范围有所区别。FANUC涂装工业机器人以P⁃250i为常用,产品承载能力为15kg,作业半径为2.8m,作业高度约5.3m,重复定位精度为±0.2mm。

FANUC⁃i系列食品、药品、油漆、喷涂机器人的主要技术参数如表2.4.7所示。

2.4.3　其他结构机器人

(1)Delta机器人

并联Delta结构的工业机器人多用于输送线上物品的拾取与移动(分拣),它在食品、药品、3C行业的使用较为广泛。

3C部件、食品、药品的重量较轻,运动以空间三维直线移动为主,但物品在输送线上的运动速度较快,因此,它对机器人承载能力、工作范围、动作灵活性的要求相对较低,但对快速性的要求较高。此外,由于输送线多为敞开式结构,故而采用顶挂式安装的并联Delta结构机器人是较为理想的选择。

目前常用的FANUC⁃i系列并联结构分拣机器人,主要有图2.4.8所示的M⁃1i/2i/3i 三系列产品,产品承载能力为0.5~12kg,作业直径为0.8~1.35m,作业高度为0.1~0.5m,重复定位精度为±(0.02~0.1)mm。产品主要技术参数如表2.4.8所示,工作范围参数X、Y的含义见图2.4.8(c)。

(2)协作型机器人

协作型机器人(collaborative robot)可用于人机协同安全作业,属于第二代工业机器人。

协作型机器人和第一代普通工业机器人的主要区别在于作业安全性。普通工业机器人无触觉传感器,作业时如果与操作人员发生碰撞,机器人不能自动停止,因此,其作业场所需要设置图2.4.9(a)所示的防护栅栏等安全保护措施。协作工业机器人带有触觉传感器,它可感知人体接触并安全停止,因此,可实现图2.4.9(b)所示的人机协同作业。

图2.4.10所示的CR系列协作型机器人是FANUC近期推出的最新产品,机器人采用6轴垂直串联标准结构,可用于装配、搬运、包装类作业,但不能用于焊接(点焊和弧焊)、切割等加工作业。

CR系列协作型机器人目前只有承载能力4~35kg的中小型产品,其主要技术参数如表2.4.9所示,表中工作范围参数X、Y的含义如图2.4.10(c)所示。

2.4.4　运动平台及变位器

(1)多轴运动平台

运动平台用于大型工件的夹紧、升降或回转、移动,FANUC⁃i系列多轴运动平台有图2.4.11所示的F100i、F200i两系列产品。

F100i运动平台一般需要多个组合使用,可用于大型工件的夹紧、升降或回转、移动。运动平台的控制轴数可为4轴、5轴,J1轴平移行程有250mm、500mm两种规格,J3轴升降行程为250mm,平台承载能力为158kg,重复定位精度可达0.07mm。

F200i采用6轴Stewart平台标准结构,可采用地面或倒置式吊装安装,平台既可用来安装作业工具,也可用于工件运动。F200i的运动范围为不规则形状,作业范围大致为ϕ1000mm×450mm,承载能力为100kg,重复定位精度可达±0.1mm。

(2)变位器

FANUC⁃i系列工业机器人的变位器有图2.4.12所示的工件变位器、机器人变位器两类,两类变位器均采用伺服电机驱动,并可通过机器人控制器直接控制。

工件变位器通常用于焊接机器人的工件回转变位,常用的有300kg、500kg、1000kg、1500kg单轴型和500kg双轴型5种规格。

机器人变位器用于机器人的回转或直线移动,回转变位器可用于机器人的360°回转;常用规格的承载能力为4000kg、9000kg等;直线变位器可用于1~3台机器人的直线移动,常用规格的最大行程为7m、8m、9.5m等。