工業(yè)機器人在縫紉機鑄件加工中的應(yīng)用

于曉東 孫震禮 楊寧

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽蕪湖，241000）

編 者 按

安徽埃夫特智能裝備有限公司是我國機器人領(lǐng)域的一顆耀眼新星，公司成立于2007 年，注冊資本1 億元，是專門從事工業(yè)機器人、大型物流儲運設(shè)備及非標(biāo)生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計和制造的高新技術(shù)企業(yè)。在短短的幾年時間里，埃夫特實現(xiàn)了從科研到產(chǎn)業(yè)的順利拓展，先后牽頭承擔(dān)工信部國家科技重大專項2 項，科技部863 計劃項目4 項，發(fā)改委智能制造裝備發(fā)展專項3 項，安徽省科技攻關(guān)項目3 項，獲得國家科技進步二等獎1 項，參與制定機器人行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)1 項。公司研制的國內(nèi)首臺重載165kg 機器人載入中國企業(yè)創(chuàng)新紀(jì)錄，榮獲2012 年中國國際工業(yè)博覽會銀獎。

目前,埃夫特公司的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到汽車及零部件、家電、電子、衛(wèi)浴、機床、機械制造、日化、食品和藥品、光電、鋼鐵等行業(yè)，同時出口到韓國、南非等地。為讓行業(yè)內(nèi)外更多人士更好地了解埃夫特，本期集中介紹該公司的幾個應(yīng)用案例以饗讀者。

0 引言

在縫紉機頭加工領(lǐng)域，生產(chǎn)自動化水平多年停留在較低層次，整個機頭加工過程多采用人工進行上下料工作，危險度大、效率低、次品率高，而且隨著人員成本不斷上漲，加工產(chǎn)品的利潤率越來越低。為了提高產(chǎn)品性能，降低人工在生產(chǎn)過程中的不利因素，部分生產(chǎn)廠家開始使用機器人替代人工進行機頭的上下料工作。

機器人作為智能裝備，具有精度高、穩(wěn)定性好、柔性化高等特點，使用機器人不但可以減低人員成本，提高設(shè)備利用率，還可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。本文以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發(fā)的ER50-C20 工業(yè)機器人為例，通過仿真軟件，規(guī)劃機器人工作軌跡路徑，實現(xiàn)機器人搬運縫紉機頭坯料進行機械加工。結(jié)果顯示，使用機器人進行上下料不但改善了產(chǎn)品質(zhì)量，而且在減輕員工勞動強度的同時，還減低了對員工生產(chǎn)技能的要求。

圖1 ER50-C20 機器人模型

1 機器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)

機器人主要由機械本體、驅(qū)動部分、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)接口幾部分組成。本文介紹使用的是ER50-C20 機器人，該機器人為6自由度串聯(lián)機器人，見圖1，主要參數(shù)如圖2 所示。

圖2 ER50-C20 機器人主要性能參數(shù)

2 項目工藝分析

2.1 工位敘述

整個縫紉機頭加工項目的工藝如下∶

以上共計6 道工序18 臺機床。

在該項目中，機器人末端采用柔性補償器抓手，并附帶氣路單元、主站PLC 等。

根據(jù)縫紉機加工工藝以及機床尺寸，整個加工過程共計分為7 個工位：第一工位為人工上料工位，主要進行拆垛以及輸送；第二工位用1 臺機器人服務(wù)4 臺機床；第三、四工位每臺機器人各服務(wù)2 臺機床；第五、六工位每臺機器人各服務(wù)4 臺機床；第七工位1 臺機器人服務(wù)2 臺機床，并將加工好的產(chǎn)品進行碼垛。

工位間通過轉(zhuǎn)料臺轉(zhuǎn)料，第一工位為輸料臺輸送坯料，整線采用PLC 控制，PROFIBUS 總線通信，平均上下料節(jié)拍為25s。詳細(xì)布局圖如圖3 所示。

整個工位設(shè)備包括：輸送料道、ER50-C20 機器人、機器人用柔性抓手、按鈕盒、PLC 控制系統(tǒng)、安全防護。

2.2 末端執(zhí)行機構(gòu)

根據(jù)項目工藝要求，末端執(zhí)行機構(gòu)采用柔性抓手，即抓手與機器人之間通過柔性補償器連接。

在加工過程中，機床加工要求工件定位精度為0.03mm，定位精度要求較高，而機器人將工件放置于工位的重復(fù)定位精度為±0.15mm，如果只采用機器人進行定位則無法滿足精確定位的加工要求。為此，項目引入柔性補償機構(gòu)，如工件與機床工裝配合存在位置偏差，柔性補償器將主動從不同角度對機器人進行補償，減小工作定位銷對機器人的硬接觸力。

圖局布面平 3圖

柔性補償器的使用，不但可以避免機器人與機床工裝硬接觸導(dǎo)致的機器人過載，還可以減小機床上工裝定位銷的磨損，高效實現(xiàn)高精度產(chǎn)品的上下料工作。

機器人抓手根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品數(shù)?；?qū)嶋H樣品進行設(shè)計，樣圖如圖4 所示。

圖4 機器人抓手

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)控制邏輯圖如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)控制流程圖

整個項目采用PLC 作為主控單元，PLC 通過控制獨立的機器人系統(tǒng)以及機床系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)作業(yè)。操作人員通過人機交互界面操作以及監(jiān)控機器人的狀態(tài)。

在自動狀態(tài)下，操作人員只需操作按鈕就可實現(xiàn)生產(chǎn)線的啟動和停止。具體控制過程是：將電控系統(tǒng)上電；啟動PLC；PLC 控制機器人以及機床進行自檢。

機床進行自檢時，如果有故障，機床將停止；此時，機器人檢測是否在等待工作位置，如不在工作位置將停機。

如果自檢機器人以及機床均在指定位置，機器人、料道以及機床將進行協(xié)調(diào)作業(yè)，完成一次工作，自動進入下一次循環(huán)。

3.2 工位布局仿真

項目在具體實施前，要使用DELMIA 離線仿真軟件，對現(xiàn)場機器人進行三維布局，驗證機器人柔性抓手以及機器人之間是否存在干涉；同時，根據(jù)仿真結(jié)果測算機器人工作節(jié)拍，確認(rèn)機器人底座高度，各個機床擺放位置，驗證機器人可達(dá)范圍，保證機器人與機床之間最大有效服務(wù)距離等。

詳細(xì)仿真圖如圖6 所示。

圖6 機器人三維布局圖

3.3 機器人示教

通過現(xiàn)場對機器人軌跡的記錄，進行機器人位姿修改、I/O 信號設(shè)置，完成機器人與機器人的配合。初次調(diào)試后，整個項目會優(yōu)化機器人運動軌跡，刪除部分多余運動軌跡點，縮短機器人信號通信時間，提高機器人工作效率，并通過設(shè)置機器人干涉區(qū)，防止機器人間以及機器人與機床的潛在碰撞，提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性。

當(dāng)兩臺機器人存在潛在碰撞危險時，優(yōu)先運動的機器人發(fā)出干涉區(qū)信號，防止其他機器人進入潛在碰撞區(qū)。

4 總結(jié)

使用機器人進行縫紉機頭生產(chǎn)并上下料，不但可以降低員工勞動強度，還可以提高產(chǎn)量，降低產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在的潛在風(fēng)險；使用機器人生產(chǎn)縫紉機頭，不但加工精度得以保障，而且廢品率也大幅降低，產(chǎn)品一致性以及質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于人工生產(chǎn)的產(chǎn)品。

[1] 郭繼紅.工業(yè)機器人技術(shù)[M].西安∶西安電子科技大學(xué), 2006.

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[3] 孫樹棟.工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安∶西北工業(yè)大學(xué)出版社. 2006.

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