一位工程师如何使用 RoboDK 实现无尘机器人雕刻
你真的能实现无尘机器人雕刻吗？一名大学生使用RoboDK和定制的末端执行器进行机器人铣削，而没有让木屑弄得整个车间都是。以下是他们的做法。
雕刻在制造业中是一项越来越受欢迎的任务。定制化正成为许多不同产品的常态，而雕刻使制造商能够轻松地将自定义徽标和设计添加到其产品上。机器人雕刻是一种以极少的额外工作来提升产品价值的简便方法。
德国大学的一名学生设计了一个系统，使用机器人铣削和协作机器人在RoboDK中进行木材雕刻。这个项目特别有趣的地方在于，它包含了一个专用的末端执行器，以避免产生过多的灰尘和木屑。
介绍……Jan Gosedopp
该项目是几年前由学生Jan Gosedopp作为其在德国汉姆-利普施塔特应用技术大学工程学士学位的一部分而开发的。
我们现在撰写关于他项目的文章，是因为机器人雕刻在不久的将来看起来会变得非常受欢迎。例如，制造商Universal Robots的一位人士最近提到，他们正考虑将木材雕刻加入到其不断增长的协作机器人应用列表中。
Gosedopp的项目涉及对Universal Robot进行编程，并开发一个可以去除灰尘的定制雕刻末端执行器。
木材雕刻通常是如何进行的
与许多机加工操作一样，实现自主雕刻的传统方法是使用专用的CNC机床。
这些机器很容易找到，市场上有许多竞争性的选择。然而，它们通常不够灵活——每种型号只适合一种特定类型的雕刻。如果你想切换到另一种雕刻工艺，可能不得不购买一台完全不同的机器。
对CNC雕刻机进行编程
这种传统雕刻的挑战之一在于编程。正如CNC专家James Hamilton所说，“一台CNC机床的好坏取决于它的软件。而且并非所有软件都是生来平等的。”他解释说，你使用的软件会真正限制你机器的能力。
例如，某些CNC软件只能实现2.5D铣削。这对于雕刻来说没问题，因为你通常只想在材料表面铣出二维形状。然而，如果你想进一步加工更三维的形状，这就变得具有局限性了。
Gosedopp使用的是2.5D旋转雕刻，这涉及使用旋转的雕刻或铣削刀具在木材上切割出细槽。
什么是机器人雕刻？
Jan Gosedopp采取的方法是完全避免使用CNC机床。相反，他选择使用机器人，具体来说是Universal Robots的UR10。
与CNC机床相比，机器人非常灵活。事实上，单个机器人几乎可以用于任何类型的雕刻工艺……以及更多其他任务。你所要做的就是给机器人换上不同的工具，使用合适的机器人编程软件，这很容易做到。
对机器人雕刻进行编程
在编程方面，Gosedopp选择使用RoboDK。这一选择帮助他避免了传统CNC机床可能出现的许多潜在编程问题。
借助RoboDK的专用机器人铣削向导，既可轻松实现他所需的2.5D雕刻，又让他可以选择在需要时使用完全相同的设置进行3D铣削。
为了生成雕刻路径，他使用了Solid Works及其免费的HSMXpress插件，该插件可生成CAM路径。在他做这个项目的时候，我们今年发布的用于SolidWorks的RoboDK工具栏尚未问世。因此，铣削路径是使用G-code文件导入到RoboDK中的。
用于无尘雕刻的定制工具
Jan Gosedopp项目的核心开发成果之一是一个用于机器人雕刻的定制末端执行器。
该工具的一个有趣特点是，它包含了在操作过程中去除工件上的灰尘和木屑的组件，从而保持了清洁的工作环境。
机器人雕刻工具的重要因素
作为其学士论文的一部分，他评估了两种不同的末端执行器设计，并根据其对任务的适用性选择了最佳的一种。
他根据以下几个类别评估了他的两个设计：
- 与UR3/UR10的兼容性
- 夹紧铣削主轴的能力
- 与抽尘系统的兼容性
- 精确定心和对准
- 铣削主轴与机器人法兰盘平齐
- 用于固定的侧向螺纹
- 工具占用空间小
- 生产成本低
这两种设计非常相似，在大多数类别中的评分完全相同。两种设计之间仅有的两个区别在于铣削主轴的连接方法和工具在机器人法兰盘上的定位。
最终，决定他选择设计的两个因素是较低的生产成本和增加了用于额外固定的侧向螺纹。
安全性
此类工具的一个关键问题是安全性。所使用的机器人是协作机器人，因此它自带安全功能。然而，定制工具可能会引入额外的安全问题。
Gosedopp重点关注了安全性的两个方面：
- 飞溅物造成的危险 — 木屑和灰尘很容易从雕刻操作中飞出并伤害人体。为了解决这个问题，他在工具周围安装了刷子来挡住飞溅的木屑，并使用真空吸尘器来吸走灰尘。
- 人员进入铣削主轴工作区造成的危险 — 尽管协作机器人本身通常是安全的，但这并不意味着它们的工具也是安全的。例如，如果人的手挡在前面，旋转的雕刻工具可能会对人体造成伤害。工具周围的刷子能在一定程度上帮助避免这种情况。然而，Gosedopp觉得还需要进一步的安全措施，因此他增加了一块安全玻璃和一个激光扫描仪。
最终设计
在评估了这两种设计之后，Gosedopp得出了机器人雕刻末端执行器的最终设计。它包含以下组件：
- 铣削头 — 用于铣削工件的工具的“工作端”。
- 机械臂 — UR10协作机器人。
- PC — 程序在RoboDK中生成并导出为机器人程序。
- 控制柜 — 执行信号处理并运行由RoboDK生成的机器人程序。
- 真空吸尘器 — 负责吸除灰尘和碎屑。
- 安全系统 — 使用激光扫描仪检测是否有人进入工作区并停止机器人。
最后，Gosedopp成功实现了以下木材雕刻应用，如本视频所示：
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文章 一位工程师如何使用RoboDK实现无尘机器人雕刻 首先出现在 RoboDK博客。