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案例頻道 1 引言
位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州的先正達(dá)生物技術(shù)有限公司是先正達(dá)集團(tuán)在北美的重要基地以及植物基因研發(fā)中心，約有400位科學(xué)家和研發(fā)人員在此工作。他們一部分的研發(fā)工作是長(zhǎng)時(shí)間地檢測(cè)各種事先混入碳水化合物樣本的發(fā)酵過(guò)程，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將用于酒精的工業(yè)制造。樣本發(fā)酵后會(huì)產(chǎn)生酒精和與酒精等比例的二氧化碳?xì)怏w，通過(guò)使用精密天平來(lái)測(cè)量釋放出氣體的質(zhì)量就可以間接地測(cè)量出生產(chǎn)的酒精的質(zhì)量。檢測(cè)所需要的工作包括晃動(dòng)試管中的樣本、對(duì)試管和樣本稱(chēng)重，并記錄結(jié)果。看似簡(jiǎn)單的工作但在某些項(xiàng)目中，數(shù)十種樣本需要不間斷地重復(fù)上述步驟長(zhǎng)達(dá)12～72小時(shí)，這也使得數(shù)據(jù)的獲取變得異常耗費(fèi)精力。為了保證研發(fā)進(jìn)度，先正達(dá)不得不投入大量的人力，24小時(shí)不間斷地進(jìn)行重復(fù)的工作。
2 使用機(jī)器人將實(shí)驗(yàn)過(guò)程優(yōu)化
面對(duì)不斷增加的人力成本，先正達(dá)決定要改變這一現(xiàn)狀，其委托了北美FANUC公司來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化。北美FANUC安排其授權(quán)系統(tǒng)集成商 ESS 科技有限公司來(lái)設(shè)計(jì)方案和配套設(shè)備。“我們起初的顧慮是使用定制的自動(dòng)化系統(tǒng)的花費(fèi)問(wèn)題和使用整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。”先正達(dá)科技研發(fā)代表George Aux說(shuō)道。ESS公司在了解了先正達(dá)的需求后向他們解釋了使用機(jī)器人來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室工作的優(yōu)點(diǎn)：由于重復(fù)乏味的工作會(huì)另實(shí)驗(yàn)人員感到疲憊和厭煩，當(dāng)工作超過(guò)一定時(shí)間時(shí)實(shí)驗(yàn)人員注意力會(huì)下降，出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性也逐漸增加。機(jī)器人則不同，它們可以保證重復(fù)工作的效率和一致性，這就意味著所有的測(cè)試樣本將被得到同樣程度的晃動(dòng)并且整個(gè)過(guò)程會(huì)保持一致的速率，從而保證了實(shí)驗(yàn)的精度和質(zhì)量，機(jī)器人還可以針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)樣本來(lái)制定晃動(dòng)的速率、程度以及所需稱(chēng)重的次數(shù)。
通過(guò)和先正達(dá)充分的交流溝通后，ESS給出了最終的解決方案：使用FANUC LR Mate 200iC機(jī)器人配合ESS公司設(shè)計(jì)的臂端工具手抓（EOAT）和一套來(lái)自Mettler Toledo公司的WM3002精密稱(chēng)重設(shè)備，通過(guò)軟件的配合，稱(chēng)重后的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)在電腦中自動(dòng)記錄。此外ESS的機(jī)械工程師制作了一套定制的托盤(pán)來(lái)擺放試管，使機(jī)器人可以準(zhǔn)確的抓取試管并在完成稱(chēng)重過(guò)程后再把試管擺放在指定位置，電腦端則可以自動(dòng)根據(jù)試管從托盤(pán)取出的位置來(lái)對(duì)應(yīng)記錄其樣本的質(zhì)量。迷你6軸機(jī)器人FANUC LR Mate 200iC可以對(duì)試管進(jìn)行上下、垂直和圓周形式充分的晃動(dòng)。機(jī)器人在1分鐘可以完成6-10次循環(huán)作業(yè)。
3 機(jī)器人產(chǎn)品的特點(diǎn)
在使用機(jī)器人后，先正達(dá)感覺(jué)到了切實(shí)的好處，“運(yùn)用了機(jī)器人后，我們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看守的情況下提高了實(shí)驗(yàn)的樣本數(shù)據(jù)量和精度，將先正達(dá)的科研人員從冗長(zhǎng)的人工中解放出來(lái)，從而將寶貴的時(shí)間投入到更有意義的數(shù)據(jù)分析工作中。我們正考慮在其它的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中也運(yùn)用機(jī)器人來(lái)幫助更好地進(jìn)行研發(fā)。”Aux說(shuō)道。在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用中，F(xiàn)ANUC機(jī)器人在配合不同的手抓和配套設(shè)備下還可以進(jìn)行識(shí)別、精確灌瓶、上蓋、貼標(biāo)簽等不同應(yīng)用。FANUC LR Mate 200iD多功能6軸小型機(jī)器人是LR Mate200IC的升級(jí)版，本體輕量化至25kg，手腕部位最大負(fù)載提高至7kg，具有很高的柔性，可以在非常狹小的空間中實(shí)現(xiàn)自由作業(yè)。
能選用iRVision(內(nèi)置視覺(jué)功能)或者是使用力覺(jué)傳感器的零件裝配功能等高級(jí)智能化功能；
通過(guò)采用了高剛性手臂和最尖端的伺服控制技術(shù)，即使是高速動(dòng)作也不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高速而且平滑的動(dòng)作性能；
具有手腕負(fù)載容量大的特點(diǎn)，可以輕松地對(duì)應(yīng)同時(shí)搬運(yùn)多個(gè)工件的作業(yè)，并且其傳感器電纜、附加軸電纜、電磁閥、空氣導(dǎo)管和用來(lái)控制工具的I/O電纜都內(nèi)置于手臂中，在作業(yè)過(guò)程中導(dǎo)管和電纜不會(huì)纏在手臂上，使用起來(lái)非常方便；
采用了高性能的達(dá)到IP69K密封結(jié)構(gòu)R-30iB Mate控制裝置，即使是在漂浮著粉塵或油霧的環(huán)境中也可以放心地使用；
在實(shí)際作業(yè)中LR Mate 200iD由于采用了連接多臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行協(xié)調(diào)作業(yè)的ROBOT LINK功能，能夠根據(jù)工件的外形來(lái)調(diào)整抓取位置和角度的SOFTFLOAT功能，能夠靈敏地檢測(cè)出機(jī)器人和周?chē)O(shè)備的碰撞，從而可以把損傷控制在最低限度。
摘自《自動(dòng)化博覽》2014年9月
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)