提高ABB機械手運行效率

唐 鵬

上海煙草(集團)公司北京卷煙廠，北京 101121

1 工具吸附力不足造成的影響

1.1 現(xiàn)象描述

在日常生產(chǎn)過程中，ABB 機械手通過安裝在第六軸的抓取工具使煙箱能夠伴隨機械手運動到指定位置。ABB 機械手每天單臺次需要完成至少2000 次搬運任務(wù)，在搬運的過程中如果抓取不穩(wěn)造成煙箱掉落則會導(dǎo)致ABB 機械手停機。通過查閱掉煙停機記錄發(fā)現(xiàn)，操作人員平均處理一次此類故障的時間約為5 分鐘，并且在排除煙箱質(zhì)量和封裝等因素造成的掉煙停機偶發(fā)事件后，統(tǒng)計結(jié)果表明由于工具吸附力不足造成的掉煙故障報警每臺次ABB 機械手多達10 次/天并且存在連續(xù)性掉煙的現(xiàn)象，停機時間比重達到4%。因此工具吸附力不足是影響ABB機械手運行效率的因素之一。

1.2 吸取原理介紹

ABB 機械手在得到拾取信號后打開空氣閥門向吸盤中的空氣導(dǎo)管吹入正壓風(fēng)。正壓風(fēng)經(jīng)過導(dǎo)管內(nèi)層通道被推送進連接在吸盤外部的一個中間鏤空的圓柱體裝置。此裝置對正壓風(fēng)進行疏導(dǎo)，模擬出類似龍卷風(fēng)的氣流循環(huán)從而使裝置內(nèi)部鏤空部分壓強倍數(shù)小于大氣壓強。這樣在煙箱與吸取面貼緊后通過虹吸原理，由導(dǎo)管外層通道將吸盤內(nèi)部相對鏤空處壓強較高的空氣導(dǎo)出從而產(chǎn)生真空吸附力抓取煙箱。

1.3 解決措施

首先，我們檢查氣路發(fā)現(xiàn)吸盤的海綿接縫處存在一些橫切裂紋。海綿裂紋處在ABB 機械手進行抓取煙箱時被拉扯形變使得煙箱和吸盤貼合不密切造成吸力減弱。于是我們更換了新的海綿吸盤并且在海綿連接處加注一層密封膠。雖然在更改完成后掉煙故障有所減少，但是在煙箱封裝正常的情況下連續(xù)性掉煙故障仍然存在。為了徹底解決問題，我們拓展思路將焦點轉(zhuǎn)移到負壓力產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。當再次出現(xiàn)連續(xù)掉煙的情況后，我們對吸盤的吸附力進行了細分化測量。測量結(jié)果顯示，吸盤不僅整體吸附力出現(xiàn)明顯下降，并且同一塊吸盤不同位置的吸附力出現(xiàn)不平均的現(xiàn)象。于是，我們對吸盤進行了全面的拆解發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管的外層管壁兩個吸放氣閥門處附著有大量的粉塵顆粒。我們通過實驗發(fā)現(xiàn)，粉塵顆粒堆積足以降低氣閥關(guān)閉后的氣密性，使得虹吸作用受到影響造成吸盤整體吸附力下降。并且由于虹吸閥門與兩個放氣閥門的排列關(guān)系，虹吸口所在的三分之一區(qū)域內(nèi)的氣壓能夠總是保持正常值但是其他兩個區(qū)域則明顯降低造成煙箱傾斜式掉落。我們在現(xiàn)有條件下嘗試通過兩種途徑解決這類問題。一方面，我們通過修改程序，延長ABB 機械手自清潔時間。在程序段中找到控制ABB 機械手關(guān)斷吹氣的條件觸發(fā)語句：

TriggIO trBlowOff，100startGOp：=goBlowOn，0；

其中，數(shù)字100 為關(guān)斷延遲時間。，我們通過實際測算將關(guān)斷時間延長到200，這樣既不影響下次抓取產(chǎn)生真空的過程又能夠多出一倍的自清潔時間進行放氣閥門除塵。另一方面，我們通過改變吸盤排列順序使得吸力能夠被動互補達到吸取要求。

因為每兩個吸盤組成一個抓取單位吸取一箱煙，所以我們將現(xiàn)有的兩個虹吸口一字式排列改為對角式排列。這樣的排列確保在其中一個吸盤出現(xiàn)吸力不均勻的時候，另一個能夠進行彌補從而達到穩(wěn)定抓取的效果。在對抓取工具進行全面優(yōu)化后，再沒有煙箱掉落的現(xiàn)象發(fā)生，并且延長了抓取工具除塵保養(yǎng)的周期。因此我們的解決措施提高了ABB 機械手的運行效率。

2 機械手返回初始點功能不完善和操作繁瑣造成的影響

2.1 現(xiàn)象描述

當ABB 機械手執(zhí)行搬運任務(wù)的過程中由于煙箱質(zhì)量缺陷或者箱皮吸合面與煙箱本體出現(xiàn)分離現(xiàn)象，ABB 機械手會自動強制停止運動并警告人工介入處理。在這種情況下，操作人員需要手動對其進行關(guān)斷抓取動作并且當ABB 機械手工具處在安全設(shè)定區(qū)域外時還需要手動完成返回初始位置的動作。經(jīng)過測算，操作人員每次需要對示教器進行至少十二步操作最快3 分鐘才能完成，造成ABB 機械手運行效率的降低。

2.2 解決對策

2.2.1 優(yōu)化回復(fù)初始位置程序

ABB 機械手在設(shè)計之初是以28 件煙垛型和30 件煙垛型兩種運行模式進行程序限定的。當執(zhí)行30 件煙垛型任務(wù)時，煙箱均為直立碼放，高度幾乎與ABB 機械臂的關(guān)節(jié)極限位移相近；執(zhí)行28 件煙垛型任務(wù)時，由于上部8 件煙橫放所以高度比30件煙垛型要低。因此ABB 工程師以30 件煙垛型為基礎(chǔ)，僅將拾取站臺側(cè)的90 度范圍區(qū)域設(shè)定為了安全區(qū)并且禁止ABB 機械手在碼垛區(qū)自動回到初始位置以避免撞煙。但是目前我廠只在運用28 件煙垛型，這個自動回到初始位置的區(qū)域?qū)Υ朔N垛型就顯得過于狹小，所以我們可以通過放大安全區(qū)域和簡化碼垛區(qū)域操作兩種手段來對回復(fù)初始位置程序進行優(yōu)化。

1）增大程序中極限數(shù)值的限定

當ABB 機械手執(zhí)行PP TO MAIN 指令后，會在程序中調(diào)取坐標數(shù)值比對語句對當前坐標值與三維坐標系X、Y、Z 極限值進行比較。我們利用ROBOTSTUDIO 軟件在MainModule 程序中查找到返回初始點的RHOME 程序塊，將其中設(shè)定極值的語句段進行更改，如下圖2 所示：

圖2 修改后極值語句

修改后的程序?qū)D1 中原先設(shè)定的90 度安全區(qū)擴展到圖2 所示重新限定的190 度并且能夠保證ABB 機械手自身運動過程中不會出現(xiàn)關(guān)節(jié)死點。這樣ABB 機械手在安全拾取區(qū)域出現(xiàn)需要PP to Main 的情況時，都可以自動運行程序回到初始位置。

2.2.2 設(shè)置常用功能按鍵

在進行故障處理和運行PP to Main 等操作時，有一些經(jīng)常使用到的命令。我們對其中需要繁瑣切換菜單列表才能夠查找到的命令進行了總結(jié)歸納，整理出頻繁使用并且最費時的四項操作：三個真空釋放和指針回零。運用示教器上可編程控制按鍵設(shè)置服務(wù)，依次對設(shè)備自帶的四個自編程按鍵進行編輯指令并且將真空釋放的三個指令和指針回零分別設(shè)置為脈沖式和松開即完成模式，已達到在自動狀態(tài)下一鍵式完成我們需要的規(guī)定動作。按鍵設(shè)置修改完成后既方便了維修測試也縮短了操作員作業(yè)時間。

在對程序及操作進行優(yōu)化后，我們測算了操作人員處理ABB 故障和控制回到初始位置的時間僅為20 秒鐘，顯著的縮短了ABB 機械手停機時間，提高了設(shè)備的運行效率。

3 增加偏移參數(shù)修改項目

3.1 現(xiàn)象描述

在我廠ABB 的控制程序中，對抓取物的位置設(shè)定只能由物品的長寬高或托盤空間位置的更改進行調(diào)節(jié)。由于ABB 程序的邏輯為累加式計算法，因此這種調(diào)節(jié)模式不可避免的會由于煙箱的個體差異造成同一層每抓之間產(chǎn)生矛盾或?qū)优c層間產(chǎn)生矛盾。由于頻繁的更改參數(shù)而造成大量人力資源的浪費及運行效率的降低。

3.2 解決辦法

我們通過研讀ABB 技術(shù)手冊，發(fā)現(xiàn)可以嘗試在程序中添加可控偏移量的方式對抓取位置進行修改。首先我們在UNPACKPARTTERN 模塊中加入如下圖所示的控制語句：

即在POS 項目中增加一個位置偏移數(shù)組并且將參數(shù)的功能定義為對每一抓取位置的修改。在后續(xù)的TEST NPICKZONE 程序中加入控制語句pTarget ：=Offs(pTarget，nOffsX{nPickZone}，nOffsY{nPickZone}，nOffsZ{nPickZone})；并且此語句必須在原有的RETURN PTarget 語句之前，否則每次修改的參數(shù)值只能使用一個循環(huán)即被清除為0。

4 結(jié)論

通過討論可以得出上述三點是影響我廠ABB 機械手運行效率不能達到最優(yōu)化的重要因素。通過針對性的改進參數(shù)、優(yōu)化程序使得ABB 機械手的運行效率得到了較大幅度的提升并且制式化配裝的ABB 機械手克服了水土不服更個性化的服務(wù)于我廠。

[1]ABB中級培訓(xùn)教材.ABB資料.

[2]ABB技術(shù)手冊.ABB資料.

[3]真空技術(shù)吸力的計算.ABB資料.