淺談提高ABB機器人剪帶成功率的方法

熊金

【摘 要】ABB機器人在煙草行業(yè)可用于對煙箱打包帶的剪斷和收集，我廠現(xiàn)有剪帶機器人存在打包帶漏剪情況，剪帶成功率較低，平均只有85.54%，未剪斷的打包帶需人工進行切割，存在一定的質(zhì)量和安全隱患。針對此情況我們從人、機、料、法、環(huán)、測等方面進行了具體分析，找到了煙箱打包帶漏剪的原因，并進行了規(guī)范來料物料、改裝機器人夾具、優(yōu)化相機識別程序、設(shè)計機器人復(fù)檢系統(tǒng)的改進，使機器人剪帶成功率由85.54%提高至99%，消除了質(zhì)量和安全隱患，減少了人工操作，為打造智能化工廠提供了技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】ABB機器人;剪帶成功率;夾具;相機識別程序;機器人復(fù)檢

中圖分類號： TP242文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）21-0054-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.024

Talking about the Method of Improving the Success Rate of ABB Robot Strip Cutting

XIONG Jin

（Fuling cigarette factory， chongqing China tobacco industry co.， LTD.， Chongqing 408000， China）

【Abstract】BB robot can be used in the tobacco industry to cut and collect the packing belt of cigarette box. The existing cutting robot in our factory has the situation of missing shear of packing belt. The success rate of cutting belt is low， with an average of 85.54%. The uncut packing belt needs to be cut manually， which has certain quality and safety risks. In view of this situation， we made a concrete analysis from the aspects of human， machine， material， method， ring and measurement， found out the reasons for the missing shear of cigarette box packing belt， and made improvements in standardizing incoming material， refitting robot fixture， optimizing camera recognition program and designing robot re-inspection system， so as to increase the success rate of robot shear belt from 85.54%. 99%， eliminating the hidden dangers of quality and safety， reducing manual operation， and providing technical support for building intelligent chemical plants.

【Key words】ABB Robot;Success Rate of Strip Shearing;Fixture;Camera Recognition Program;Robot Re-inspection

0 引言

在煙草行業(yè)，為防止片煙從煙箱中滑落，一般煙箱上都捆扎有打包帶，而ABB機器人的作用就是將打包帶從煙箱上剪斷和收集，以利于后續(xù)工序取出片煙。其工作過程為：煙箱進入剪帶工位，通知相機拍照，相機將煙箱上打包帶的位置坐標發(fā)送給機器人，機器人“剪帶工具”根據(jù)坐標方位搜尋打包帶，觸發(fā)打包帶到位開關(guān)并剪帶，最后將編織帶送入收集箱。目前剪帶工位存在部份打帶包帶漏剪，需人工用自制割刀割斷編織帶，割斷后的編織帶會散落到下道工序，存在一定的質(zhì)量和安全隱患。針對漏剪情況，我們進行了具體分析，找到了解決打包帶漏剪的方法，并進行了相關(guān)改造，提高了ABB機器人剪帶成功率。

1 ABB機器人剪帶成功率低的原因分析

1.1 相機對煙箱上的打包帶識別率不高，機器人找不到打包帶

1.1.1 相機圖象處理程序設(shè)計簡單化

相機圖象處理程序采用單邊單框法，當像素從一個值突然跳到跨度很大的另一值時，即找到一個單邊，相機認為找到打包帶。通過此算法，相機有時會將一些污垢和褶皺識別為帶子，有時某些顏色的帶子與箱子顏色接近，又不能找到帶子，造成機器人誤剪或剪不到帶子，剪帶成功率低。

1.1.2 煙箱原因

（1）煙箱表面中部凸出，當相機照相時，側(cè)光源被反射，反光強烈，白色打包帶與反光混成一片，造成相機不能識別白色編織帶。

（2）煙箱表面中部凹陷或有破損，打包帶或煙箱破損處在光源的照射下呈現(xiàn)陰影，相機將此陰影識別為打包帶，造成機器人誤剪，使相機識別打包帶成功率降低。

1.1.3 打包帶原因

（1）打包帶顏色種類多，有白色（包括半透明白色）、黑色、草綠色、藍色等，由于不同顏色在不同光線下相機成像存在區(qū)別，造成相機處理難度增大，從而使得打包帶識別率不高，以草綠色和白色舉例，在當前光線下將草綠色帶子參數(shù)調(diào)好后，卻不能適用于白色。

（2）打包帶捆綁較松，帶子存在側(cè)立情況，相機不能確立打包帶兩條邊緣，此種情況下各種顏色的打包帶都不能被識別。

（3）打包帶捆綁位置太靠近煙箱邊緣，超過相機識別范圍（相機識別范圍過于靠邊，會造成機器人幾何角度死角，使機器人停機），此種打包帶就不能識別。

1.2 機器人夾具設(shè)計不完善，找到打包帶后剪不斷

我廠采用RE型剪帶機器人夾具進行剪帶，其夾具主要由抄帶組件和斷帶組件組成，現(xiàn)有夾具在抄帶過程中，存在不能將打包帶有效導入斷帶組件，使得打包帶出現(xiàn)剪不到或剪一部分的情況。其主要存在的問題有：

（1）夾具限位擋塊高度不夠，原限位擋塊高度為25mm，而導帶腔高度35mm，生產(chǎn)中出現(xiàn)有打包帶越過斷帶組件，沒有完全被限定在斷帶腔內(nèi)，造成編織帶部分剪不斷的情況。

（2）導帶塊設(shè)計不完善，部分打包帶卡在壓塊側(cè)，不能進入斷帶組件。

（3）打包帶到位感應(yīng)塊高度設(shè)計不合適，約81mm，如果煙箱表面傾斜或高低不平，會提前觸發(fā)剪帶，造成提前剪帶。

2 提高機器人剪帶成功率的幾點思考

2.1 針對相機對煙箱上的打包帶識別率不高，我們提供的方案是

2.1.1 優(yōu)化相機圖像處理程序

之前的單邊單框法查找打包帶位置，易出現(xiàn)機器人誤剪和漏剪等情況，現(xiàn)重新設(shè)計相機雙邊雙框檢測法，當只有打包帶的兩條邊，以及煙箱上下兩邊都檢測到兩條邊時，才認為找到打包帶，以增加檢測精度，提高剪帶成功率。

2.1.2 規(guī)范來料煙箱

統(tǒng)一使用較新煙箱，一是解決煙箱表面中部凸出，反光強烈造成相機不能識別白色編織帶的問題，二是解決煙箱表面破損、凹陷等形成的成像陰影問題，從而增大煙箱表面與打包帶之間的色差，提高相機識別打包帶的能力。

2.1.3 規(guī)范來料打包帶

（1）規(guī)范打包帶顏色，實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)白色帶子大部分時候識別率較高，但在煙箱表面中部凸起時存在反光較強，白色帶子與反光混為一體，相機反而不能識別的情況，而此種中部凸出的煙箱從來料方面不易控制，因此建議選擇識別率較強的草綠色打包帶。如果能夠統(tǒng)一使用較新煙箱，煙箱表面沒有污垢、褶皺、破損、凹陷等現(xiàn)象，草綠色打包帶就能很好地識別。因此統(tǒng)一打包帶顏色為草綠色。

（2）規(guī)范打包帶位置，打包帶位置不能太靠近煙箱邊緣，建議打包帶距離煙箱邊緣不小于15cm，這樣一是避免打包帶不能識別問題，二是杜絕機器人動作進入幾何死區(qū)，三是減少機器人夾具將煙箱刺穿的風險（有時煙箱邊緣高于其他地方，機器人夾具從內(nèi)部較低的方向較高邊緣尋帶時可能刺穿煙箱）。因此建議打包帶距離煙箱邊緣不小于15cm。

（3）規(guī)范打包帶綁扎力度，打包帶綁扎太松，可能造成打包帶側(cè)立從而使相機不能識別，綁扎過緊，如打包帶陷入煙箱中，機器人不能將帶子滑入夾具中，造成漏剪。因此建議打包帶綁扎力度適中，不能過松過緊。

2.2 針對機器人夾具設(shè)計不完善，我們提供的方案是

（1）針對夾具限位擋塊高度不夠，根據(jù)原有夾具尺寸，增加限位擋塊長度至合適位置，將打包帶控制在斷帶組件范圍內(nèi)。

（2）針對導帶塊設(shè)計不完善，延伸導帶塊尺寸（以60.2mm為半徑，垂直方向延長19mm）至壓帶塊側(cè)，使打包帶不再卡在動力座側(cè)。

（3）針對打包帶到位感應(yīng)塊長度設(shè)計不合適，根據(jù)現(xiàn)場情況將感應(yīng)塊寬度減短至合適尺寸，使其只有在接觸到打包帶時才觸發(fā)斷帶組件。

3 提高機器人剪帶成功率方案實施

根據(jù)以上思路，我們進行了相關(guān)實施，并對實施效果進行驗證，發(fā)現(xiàn)機器人剪帶成功率提高了，但由于物料來源不受我廠控制，剪帶成功率存在很大的波動性。因此我們再完善相機圖像程序的基礎(chǔ)上，對機器人程序進行了優(yōu)化。

增設(shè)機器人復(fù)剪程序，首先通過相機識別煙箱表面打包帶位置坐標進行剪帶，與原剪帶程序相似，如果剪完4根打包帶（本廠一般一個煙箱有4根打包帶），剪帶完成。如果剪帶小于4根，第二次進行機器人全路徑尋帶并剪帶，其思路如下。

首先我們確定順物料方向為煙箱入口端。當煙箱到達剪帶工位，位置是固定的，機器人根據(jù)自身坐標，從距煙箱入口邊緣200毫米處（根據(jù)實際情況設(shè)置距離），從左至右向入口邊緣尋帶并剪帶;然后“剪帶工具”旋轉(zhuǎn)180度，從距離煙箱入口邊緣100毫米處（根據(jù)實際情況設(shè)置距離，通過尋帶路徑的交集避免漏檢），反方向從右至左尋帶，當“尋帶裝置”上接近開關(guān)檢測到編織帶，剪帶工具剪帶;接著機器人從上次剪帶處右移100毫米，從左至右繼續(xù)尋帶，直到機器人巡完整個煙箱路徑，并將煙箱上所有編織帶剪完為止。

最終實施對策如下：

3.1 完善相機圖像處理程序

在相機圖像處理軟件IN-sight中設(shè)計雙邊雙框圖像處理程序圖3。

3.2 優(yōu)化機器人復(fù)檢程序

在Robotstudio機器人軟件中增設(shè)RAPID復(fù)檢程序，以彌補因為各種原因漏剪的打包帶。

（1）首先在主程序main增加機器人復(fù)檢判斷條件，當?shù)谝淮瓮ㄟ^相機識別，剪帶數(shù)量小于4根，執(zhí)行復(fù)檢程序如圖4。

（2）增加復(fù)檢過程中新的NewsearchHeight和NewsearchBlet程序以確定夾具定位方向、姿態(tài)及路徑，程序如圖5。

3.3 完善機器人夾具

（1）針對夾具限位擋塊高度不夠，根據(jù)原有夾具尺寸，增加限位擋塊長度至合適位置，將打包帶控制在斷帶組件范圍內(nèi);改造后限位擋塊高度由原來的25mm增加至35mm。

（2）針對導帶塊設(shè)計不完善，延伸導帶塊尺寸（以60.2mm為半徑，垂直方向延長19mm）至壓帶塊側(cè)，使打包帶不再卡在動力座側(cè)。

（3）針對打包帶到位感應(yīng)塊長度設(shè)計不合適，根據(jù)現(xiàn)場情況將感應(yīng)塊寬度減短7mm至74MM，使其只有在接觸到打包帶時才觸發(fā)斷帶組件。

4 效果檢查

通過以上改造，ABB機器人剪帶成功率由之前的85.54%提高到了99%，剪帶工位實現(xiàn)了無人操作，減少人工2名，為打造智能工廠提供了技術(shù)支撐，并相應(yīng)地減少了質(zhì)量和安全隱患。

【參考文獻】

[1]《ABB工業(yè)機器人編程全集》人民郵電出版社 2018.5.

[2]《In-Sight-使用詳解》中華文本庫.