新型多機器人協(xié)同工作組

為順應汽車制造業(yè) “準時化”、“精益生產(chǎn)”的發(fā)展趨勢，新型多機器人協(xié)同工作組應運而生。

當今汽車業(yè)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期一再縮短，小批量、多品種的生產(chǎn)方式已經(jīng)成為眾多汽車制造商投資過程中競相追崇的目標。受汽車工業(yè)大環(huán)境的影響，設備的投入和生產(chǎn)成本也不斷受到控制，而汽車生產(chǎn)工藝的要求又在不斷提高，這就對設備的柔性化、集成化和多任務處理的能力提出了更高的要求。為了迎合這種汽車制造業(yè)中“準時化”和“精益生產(chǎn)”的發(fā)展趨勢，KUKA公司突破傳統(tǒng)的機器人協(xié)同工作組的概念，對機器人協(xié)同工作組的功能和工作模式進行了歷史性的革新。

單獨控制
協(xié)同機器人工作組中所有的機器人個體均采用標準的KUKA機器人系統(tǒng)，工作組通過100MBit/s的高速以太網(wǎng)進行通訊連接和數(shù)據(jù)交換。由于KUKA機器人的KRC2控制系統(tǒng)是真正意義上的基于工業(yè)PC和WindowsXP的操作系統(tǒng), 這就使得強大的計算機網(wǎng)絡控制功能得以在機器人工作組網(wǎng)絡中充分發(fā)揮。汽車生產(chǎn)工藝的不斷進步要求協(xié)同機器人工作組中機器人的數(shù)量不斷增加。正是針對于這種要求，為了突破傳統(tǒng)思想中用一個控制器來控制多個機器人的局限性，KUKA公司對協(xié)同機器人工作組中每個機器人分別使用單獨的控制器進行控制，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：
□ 可以增加協(xié)同工作的復雜程度；
□ 協(xié)同工作的需要超越了單個控制器的區(qū)域局限性以及設計局限性；
□ 因為使用標準控制器實現(xiàn)了其批量生產(chǎn)可以大大節(jié)省機器人系統(tǒng)成本。
目前，KUKA公司已經(jīng)成功地在梅塞德斯－奔馳的車間里實現(xiàn)了多達15臺機器人共同工作的機器人協(xié)同工作組，而且這一數(shù)字還有望不斷增加。

在將來的白車身焊裝車間里，我們將會看到很多由8～12臺機器人組成的單元（如圖1所示），這些機器人被有組織的安排在一個小區(qū)域內(nèi)，對板件或者車身件進行搬運、傳遞和焊接。一臺機器人可以和另外一臺機器人相互配合工作，也可以和他們分開獨立的進行工作。

主機示教
多機器人協(xié)同工作組中，示教工作是一項非常棘手的任務，多任務處理程序需要同時進行編輯和調(diào)試，為了簡化協(xié)同工作中多任務處理的難度，提供一個多任務處理的單一控制點，KUKA公司開發(fā)了共用示教器的功能（如圖2）。也就是說，在同一個機器人工作組內(nèi)，只有其中一臺機器人的控制器安裝有示教器，則該機器人被稱為“主機”，其他的機器人控制器則被稱為“客戶機”。

通過機器人共享示教控制器，新開發(fā)出來的操作和編程的概念使得機器人工作組內(nèi)多控制器的操作和程序邏輯的分配變得異常簡單和輕松。這就使得對機器人任務的控制和操作方式都大大簡化。在硬件連接上，像急停和操作安全等信號也都可以通過簡單的接線來實現(xiàn)。

時鐘同步
為保證機器人工作組中工作過程的精度以及各獨立機器人控制器之間數(shù)據(jù)交換的可靠性，控制器之間在空間連接和時間同步上的伺服和計數(shù)時鐘序列得以采用，一個獨立于以太網(wǎng)的串行時鐘同步信號保證了伺服序列的通信響應時間控制在微秒級。
在開發(fā)機器人工作組之初，KUKA公司的研究人員一改傳統(tǒng)的以機器人為中心的對單臺機器人進行編程示教的模式，而是把工件的數(shù)學模型作為示教的中心展開，機器人工作組中任何單個機器人的運動都會實時地對組內(nèi)的其他機器人產(chǎn)生影響，從而保證了組內(nèi)所有機器人在軌跡上和運動序列上的一致性，運動空間的幾何模型在任何時候都會精確地保持一致。

高精度的同步數(shù)據(jù)計算和交換保證了過程處理的高度精確。單個機器人所有的與安全相關(guān)聯(lián)的信號也會同時作用于整個機器人工作組。如果兩個機器人之間的通信發(fā)生故障，則整個機器人組會立即切換到安全模式。