基于ABB機器人的沖壓線上下料系統(tǒng)構(gòu)建及實驗

江效友　杜紀光

摘 要：文章通過對ABB機器人的深入研究，在汽車柔性自動化沖擊生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，建立起與之相適應(yīng)的上下料系統(tǒng)，然后對ABB機器人進行上下料軌跡的規(guī)劃，進而利用相關(guān)的軟件技術(shù)對機器人自動化上下料進行離線仿真，同時為了讓機器人在上下料方面實現(xiàn)自主研發(fā)，從而為整個工作程序提供強大的技術(shù)保證，開展機器人在線上下料模擬實驗，以確保ABB機器人沖壓線上下料系統(tǒng)的不斷豐富和完善。

關(guān)鍵詞：ABB機器人；沖壓線；上下料

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0063-01

沖壓線是汽車企業(yè)中最為核心的技術(shù)環(huán)節(jié)，因為在制造汽車的過程中汽車的車身的金屬件內(nèi)基本全是沖壓件，而對著汽車企業(yè)近幾十年的發(fā)展，在取得巨額利益的時候，大部分的汽車企業(yè)始終保持著單一的生產(chǎn)模式，機械手高效沖壓線仍然是大型沖壓設(shè)備的主要形式。隨著近年來現(xiàn)代化程度的不斷提高，我國已經(jīng)成為世界上最重要的汽車產(chǎn)生和消費大國，人們對于車型的重視程度越來越高，導致企業(yè)在生產(chǎn)過程中汽車的覆蓋件自動化沖壓逐漸從大批量、單一化的剛性生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨俊⒍嗥贩N的生產(chǎn)模式，進而實現(xiàn)“一線多用”的沖壓目標。

1 機器人上下料系統(tǒng)的搭建

1.1 機器人系統(tǒng)的搭建

ABB六自由度關(guān)節(jié)型串聯(lián)機器人、Flex Pendant示教器、IRC5控制柜、Robot/Robot Ware離線編程軟件和機器人手冊共同組成了機器人系統(tǒng)。

1.2 真空系統(tǒng)的搭建

真空系統(tǒng)的原理與汽車覆蓋面大而輕、薄而堅的構(gòu)造相符合。由于目前還沒有端拾期標準產(chǎn)品與ABB機器人形成很好的配套，因此，需要工作人員自行選購汽車的真空系統(tǒng)元件。具體來說，要堅持以下選購原則：①在施邁茨真空泵的選擇上，要根據(jù)矩形板料的重量、吸盤的數(shù)量、最小估算尺寸以及氣路耗損等多方面的綜合因素進行全面考慮，并且還要能夠提供-85 kPa真空度。②根據(jù)對以上所選擇的矩形板料的重量、吸盤數(shù)量、最小估算尺寸以及氣路耗損等進行相關(guān)的計算和分析，繼續(xù)選擇直徑為30 mm的真空吸盤。③根據(jù)實際需求選擇施邁茨真空開關(guān)以及緩沖支桿的數(shù)量，因為真空開關(guān)可用來檢測真空系統(tǒng)的起壓強度，而緩沖支桿則可以有效調(diào)整端拾期的垂向壓縮量。④電磁閥控制氣路的通斷，因本真空系統(tǒng)提供的是負氣壓，因此不可選取工作壓強為正的先導式電磁閥，而應(yīng)該選擇直通式電磁閥。

1.3 機械系統(tǒng)的設(shè)計

機械系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容包括端拾器和上下料平臺。選定端拾器的質(zhì)心位置以及加工材料，以此對機器人手腕承載情況進行分析；然后根據(jù)吸盤在板料上的不同布置，將端拾器設(shè)計為對稱結(jié)構(gòu)；進而確定機器人原點位姿下的工作空間，對上下料平臺與機器人之間的實際距離進行相關(guān)設(shè)計；最后，上料平臺從上到下主要由對尺桌面、上料托板和支架組成，下料平臺從上到下主要由模具桌面、下料托板和支架共同組成。

1.4 視覺系統(tǒng)的搭建

將視覺對中功能加入到?jīng)_壓自動化生產(chǎn)線中，其意義相當于將多條用途單一的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換為1條具備多功能自動化特點的生產(chǎn)線，在工作過程中只需調(diào)整視覺對中程序，ABB機器人便可對不同形狀大小的汽車零件進行自動對中。這項技術(shù)目前已經(jīng)被成功應(yīng)用于一些發(fā)達國家的汽車制造車間中，應(yīng)用過程比較方便，可提高工作效率，為企業(yè)節(jié)省制造成本。但在現(xiàn)階段，我國的一些汽車制造企業(yè)并沒有研發(fā)出相關(guān)的視覺自動對中技術(shù)，而且由于起步工作較晚、發(fā)展速度較慢，在同行業(yè)之間缺乏專業(yè)的技術(shù)人才作為支撐，此外，發(fā)達國家在相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢逐漸演化為技術(shù)壟斷，同時費用昂貴，在引進發(fā)達國家的技術(shù)手段時也會遭遇相當大的阻力。因此，與發(fā)達國家相比，機器人上下料系統(tǒng)技術(shù)在我國還處于應(yīng)用的初級階段，與發(fā)達國家之間仍然存在相當大的差距。

機器人視覺自動對中技術(shù)的原理為：工業(yè)攝像機將拍攝到的圖片傳送到PC機，此時圖像的處理系統(tǒng)會自動對位置、角度、偏差等數(shù)據(jù)進行矯正，然后將比對的結(jié)果與標準圖像進行比較，進而再將可調(diào)整的偏差值轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器人可以識別的指令，自動調(diào)整機器人的抓取位置；選擇不同條件下的拍攝狀態(tài)，對外形尺寸、下料平臺的對尺槽精度等綜合因素進行全面考慮，然后采用MV-2000UC的彩色攝像頭。

1.5 電氣系統(tǒng)的開發(fā)

分路塊、真空泵、真空吸盤、緩沖支桿等共同構(gòu)成了ABB機器人上下料的真空系統(tǒng)。

2 ABB機器人上下料離線仿真實驗

將上下料平臺和端拾期的三維模型導入到ABB專業(yè)離線仿真軟件環(huán)境當中，然后按照預(yù)定位置對上下料平臺進行安放，由于上料平臺上的攝像機支架會阻礙到機器人的末端軌跡，因此在安裝端拾期的過程中，要注意將短邊尺寸朝向支架，同時端拾期的位姿保持不變。

在ABB機器人進行離線仿真的過程中，控制器會首先向服務(wù)器發(fā)送請求信號，然后將得到的相關(guān)信息直接傳送給機器人，機器人在接受相關(guān)的指令之后會在短時間內(nèi)到達指定的位置，由此確保了ABB機器人在離線仿真實驗中工作的精準性。

3 ABB機器人上下料在線模擬實驗

在機器人進行上下料任務(wù)流程圖時，為了保證其工作的穩(wěn)定性，進而有效提高工作的效率和質(zhì)量，機器人運動的每段軌跡都要盡量選擇直線。此外，機器人的法蘭盤要始終與地面互相垂直，這樣可保證吸盤的穩(wěn)固性。取料過程中，端拾器要處于板料的中心處，為了消除偏置荷載和扭矩的不良影響，在運行過程中，機器人的第六軸要主動對轉(zhuǎn)角進行調(diào)整，而端拾器則可保持同一姿態(tài)不變。而且在此期間第六軸與攝像機的支架之間要保持足夠的安全余量，不可出現(xiàn)多余的停頓點。

為了在傳送物料時實現(xiàn)智能化和自動化的優(yōu)勢，原有的機器人上下料系統(tǒng)無法真正滿足實際的上產(chǎn)需要，所以將視覺對中技術(shù)融合其中之后，形成了沖壓自動化生產(chǎn)線，某種程度上大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了企業(yè)的成本開支，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 語

沖壓線上下料機器人系統(tǒng)的搭建工作是一項包含內(nèi)容眾多、結(jié)構(gòu)復雜的系統(tǒng)性工程，而沖壓線又是汽車企業(yè)在生產(chǎn)制造中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其工作質(zhì)量的好壞將會對企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展產(chǎn)生直接的影響。本文根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實際要求完成了沖壓線上下料機器人系統(tǒng)的搭建工作，從汽車零部件的選擇到對其具體的設(shè)計和試驗，為最終機器人上下料的模擬實驗打下了良好的基礎(chǔ)，同時也為其他同等類型的ABB機器人上下料系統(tǒng)的搭建工作提供了參考。

在完成ABB機器人上下料系統(tǒng)的搭建工作之后，還要對其上下料的運動軌跡進行更合理的規(guī)劃，從而從根本上實現(xiàn)機器人上下料的離線仿真系統(tǒng)，模仿真實的沖壓線生產(chǎn)過程，進一步累積機器人上下料系統(tǒng)實際的工作經(jīng)驗和教訓，從而為我國機器人上下料技術(shù)的發(fā)展提供強有力的技術(shù)保證和支持。

參考文獻：

[1] 王嫦美.柔性沖壓線機器人選型與上下料系統(tǒng)構(gòu)建及其實驗研究[D].秦皇島：燕山大學，2013.

[2] 侯雨雷，王嫦美，楊彥東，等.基于ABB機器人的沖壓線上下料系統(tǒng)構(gòu)建及其實驗[J].制造技術(shù)與機床，2014，（8）.