關(guān)于提高ABB機(jī)器人六軸穩(wěn)定性的研發(fā)

向明波　何忠　朱嘉

摘 要：我車間4臺(tái)ABB機(jī)器人承擔(dān)著全年95%以上的成品卷煙轉(zhuǎn)運(yùn)工作，每臺(tái)機(jī)器人每天的任務(wù)量相當(dāng)繁重。在最初的設(shè)計(jì)中，機(jī)器人手爪部分的線纜（包括電路和氣路）為直接相連，在機(jī)器人端部六軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，線纜會(huì)隨六軸旋轉(zhuǎn)1周。在旋轉(zhuǎn)過程中，線纜不僅被扭曲，還要被拖緊、放松，進(jìn)而導(dǎo)致氣路和電路受損。4臺(tái)機(jī)器人的使用時(shí)間已超過8年，其間，由于氣管破裂、電路故障造成的煙包損壞不計(jì)其數(shù)。氣管更換、電路恢復(fù)對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性、車間現(xiàn)場管理的影響巨大。因此，為了解決上述問題，將六軸線纜中的部分安裝結(jié)構(gòu)由固定結(jié)構(gòu)變?yōu)榱丝苫顒?dòng)結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：ABB機(jī)器人；工作原理；卷煙；運(yùn)動(dòng)限制

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.019

目前，國內(nèi)各煙廠均使用直接連接的方式安裝線纜。在使用過程中，存在保養(yǎng)費(fèi)用高、維修量大和煙包損耗大的情況。而當(dāng)今機(jī)器人的發(fā)展趨勢為：使用越來越靈活、不斷突破運(yùn)動(dòng)限制和功能限制；運(yùn)行穩(wěn)定性不斷提高；作業(yè)成功率逐步攀升。

2012-11-06，中國國際工業(yè)博覽會(huì)上推出了新型開門機(jī)器人IRB 5350和多個(gè)領(lǐng)先的機(jī)器人解決方案，展示了ABB在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

顧純?cè)┦浚ˋBB離散自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制業(yè)務(wù)部北亞區(qū)及中國負(fù)責(zé)人）說：“中國目前正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要階段，增效節(jié)能是中國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)的重要策略之一。作為全球自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，ABB通過提供領(lǐng)先的機(jī)器人產(chǎn)品、解決方案和幫助客戶大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)率，積極推廣了符合中國新能標(biāo)準(zhǔn)的高效節(jié)能電機(jī)產(chǎn)品，助力客戶提高能源效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)?！?/p>

1 工程背景

ABB機(jī)器人是一種通用的自動(dòng)機(jī)械，能夠重復(fù)、高效地完成一些機(jī)械動(dòng)作，也可以編入不同的程序完成不同的機(jī)械動(dòng)作，從而節(jié)省人力、物力。ABB機(jī)器人的核心技術(shù)是其控制系統(tǒng)。機(jī)器人控制是一項(xiàng)跨越多個(gè)學(xué)科的綜合性技術(shù)，它幾乎包含了自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容。機(jī)器人技術(shù)對(duì)我國的傳統(tǒng)工業(yè)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到了越來越多的推進(jìn)作用。同時(shí)，它對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品的柔性化等發(fā)揮了重要作用。

1.1 設(shè)備概況

ABB機(jī)器人多作用于機(jī)械化生產(chǎn)線，不同的ABB機(jī)器人有著不同的作用，也有著不同的型號(hào)。比如ABB IRB 6640機(jī)器人，它具有以下4方面的特點(diǎn)：①有效載荷高。有效載荷為235 kg，適合眾多重型工件的搬運(yùn)。IRB 6640 ID （internal Dressing）的有效載荷為200 kg。IRB 6640配備第二代TrueMove和QuickMove技術(shù)，機(jī)器人的動(dòng)作更加精確，編程時(shí)間較短且工藝效果好。②安裝、維修簡便。此種機(jī)器人簡化了鏟車叉槽，機(jī)器人的底部空間較大，使維修變得方便。為了方便吊裝，質(zhì)量減輕了約400 kg。③具有多種防護(hù)等級(jí)，可在不同的環(huán)境中使用，比如鑄造專家型、鑄造加強(qiáng)型和潔凈室型等。④ABB潔凈室型機(jī)器人經(jīng)過特殊工藝制造而成，可全面檢測包裝，最大程度地減少操作中產(chǎn)生的微粒。IRB 6640經(jīng)權(quán)威潔凈室研究機(jī)構(gòu)IPA認(rèn)證。

1.2 機(jī)器人的生產(chǎn)狀況

機(jī)器人的生產(chǎn)狀況可概括為以下6點(diǎn)：①ABB機(jī)器人性能總體穩(wěn)定，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些故障。②當(dāng)ABB機(jī)器人試教盒顯示器、計(jì)算機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)板的指示燈亮?xí)r，系統(tǒng)可能無法進(jìn)入初始化狀態(tài)。③ABB機(jī)器人會(huì)與障礙物碰撞或摩擦。④ABB機(jī)器人的零點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失，調(diào)零后的工作對(duì)接位置不準(zhǔn)確。⑤ABB機(jī)器人試教方向失去控制、不能正常通電等。⑥現(xiàn)階段，ABB機(jī)器人技術(shù)基本根據(jù)自帶的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)產(chǎn)品出廠說明書指示工作。其中，雖然有些弊端不利于某些企業(yè)生產(chǎn)線上的工作，但已經(jīng)給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。ABB機(jī)器人的工作效率直接影響著生產(chǎn)線的產(chǎn)出率，可決定產(chǎn)品的一致性和優(yōu)良性，并能大大降低生產(chǎn)成本。每臺(tái)ABB機(jī)器人相當(dāng)于幾倍人的工作效率，其可靠性也是比人工高。

機(jī)器人碼垛的過程為：箱體通過2條輸入傳送帶運(yùn)送至整形區(qū)域，通過整形機(jī)構(gòu)完成整形操作；完成整形的1層箱體運(yùn)送至機(jī)器人抓取工位，并通知堆垛機(jī)器人；空托盤通過對(duì)應(yīng)的傳送帶運(yùn)送至機(jī)器人工作區(qū)域中的指定位置；機(jī)器人接收到信號(hào)后，抓取完成整形的箱體，并將其放置于堆垛工位的托盤上。由于機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)為獨(dú)立系統(tǒng)，需要將氣路和電路信號(hào)傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)上?，F(xiàn)有設(shè)備的氣路、電路由普通氣管和電纜組成，在機(jī)體外走線至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這會(huì)導(dǎo)致線纜在機(jī)體上頻繁摩擦、扭轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)損傷或斷裂。特別是連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的6軸部分尤為明顯，經(jīng)常要隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)360°。

2 主要研究內(nèi)容

主要研究內(nèi)容為提高機(jī)器人六軸氣路、電路傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并在設(shè)備走線和傳輸方式方面進(jìn)行思考，使機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行過程中減少線路的摩擦和物理扭轉(zhuǎn)。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 機(jī)器人六軸氣路中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的密閉性

如果機(jī)器人六軸通氣管道漏氣，會(huì)導(dǎo)致抓取壓力不足，進(jìn)而造成煙包在抓取過程中掉落。

3.2 機(jī)器人六軸電路中轉(zhuǎn)信號(hào)的準(zhǔn)確性

如果機(jī)器人六軸電路信號(hào)不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致中轉(zhuǎn)信號(hào)不準(zhǔn)確，進(jìn)而造成無法正常搬卸貨物、碼垛和拆垛，使工作無法按時(shí)完成。

3.3 機(jī)器人運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性

操縱器運(yùn)行時(shí)，它可能會(huì)執(zhí)行一些意外或不規(guī)范的動(dòng)作，這些動(dòng)作都會(huì)產(chǎn)生很大的力量，進(jìn)而嚴(yán)重傷害工作人員或損壞操縱器工作范圍內(nèi)的任何設(shè)備。

機(jī)器人手臂系統(tǒng)的質(zhì)量非常大，如果因沒有連接制動(dòng)閘、連接錯(cuò)誤、制動(dòng)閘損壞或任何故障而導(dǎo)致制動(dòng)閘無法使用，則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。如果即將發(fā)生危險(xiǎn)，則應(yīng)緊急關(guān)閉設(shè)備。

4 項(xiàng)目實(shí)施方案

4.1 分析碼、拆垛現(xiàn)場和煙包抓取流程

機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)堆垛工位一般由兩三個(gè)輸入線和兩三個(gè)堆垛工位組成。作業(yè)時(shí)，件煙以豎立姿態(tài)輸入，對(duì)于非頂層件煙，機(jī)器人手腕以頂吸（或底托叉）的方式一次吸3件或2件，按“3縱2橫+2橫3縱”的方式組成首層，第二層反之，頂層為2次平抓。在頂層機(jī)器人單件作業(yè)時(shí)，手腕會(huì)旋轉(zhuǎn)90°，并以平躺的方式放置頂層件煙。

機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)拆垛工位由2個(gè)拆垛工位和1個(gè)輸出線（包括翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）組成。對(duì)于平躺姿態(tài)的件煙，在拆垛時(shí)，機(jī)器人平行吸取件煙，并直接放置于輸出線上；對(duì)于豎直姿態(tài)的件煙，拆垛時(shí)，機(jī)器人平行吸取件煙，放置于輸出線上的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)依次將件煙翻倒輸出。

4.2 中轉(zhuǎn)裝置

中轉(zhuǎn)裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，將A點(diǎn)以前的管路埋入機(jī)體，并從機(jī)體內(nèi)部穿出，這樣可實(shí)現(xiàn)線纜在4軸處隨機(jī)體自由旋轉(zhuǎn)；在J，H，G點(diǎn)處設(shè)置線纜旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并加上線纜護(hù)套K，可實(shí)現(xiàn)手抓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)過程中的線纜隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使線纜減少扭轉(zhuǎn)次數(shù)。此外，加入線纜旋轉(zhuǎn)護(hù)套K后，可避免線纜在機(jī)體上摩擦。

4.3 模擬測試

在拆垛一號(hào)機(jī)器人上進(jìn)行了實(shí)機(jī)測試，可滿足運(yùn)行和安全條件。

5 周邊系統(tǒng)支持

5.1 系統(tǒng)可行性

本地聚集了大量人才，對(duì)各種型號(hào)的機(jī)器人已完全掌握，同時(shí)，還具備創(chuàng)新和更深層次的開發(fā)技術(shù)。

5.2 技術(shù)可行性

已熟悉機(jī)器人6個(gè)軸承及其相關(guān)部件，熟練掌握了機(jī)器人的維修和故障排查技巧。

5.3 經(jīng)濟(jì)可行性

本地區(qū)具有國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)水平，且得到了當(dāng)?shù)卣拇罅χС?，企業(yè)管理人員已到位，不存在經(jīng)濟(jì)方面的問題。此外，產(chǎn)品的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工生產(chǎn)，還能減少人工的需求，1臺(tái)機(jī)器人設(shè)備就能給本地帶來極大的經(jīng)濟(jì)效益。

5.4 法律可行性

本地在購買機(jī)器人設(shè)備后，已具備對(duì)產(chǎn)品的使用和創(chuàng)新的權(quán)利，不存在侵權(quán)等現(xiàn)象。

5.5 驗(yàn)證

具體驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表1所示。

6 結(jié)束語

通過上述對(duì)ABB機(jī)器人六軸承穩(wěn)定性的探究，我們對(duì)機(jī)器人的原理和常見故障有了一定的了解，并可有效解決這些問題，但還有許多未知的問題等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和研究。只有通過不斷的研究和探討，才能使機(jī)器人得到更好的運(yùn)用和維護(hù)。

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〔編輯：張思楠〕