基于RobotStudio 對(duì)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的研究

耿永秀，陳 森，戎 丹，詹俊勇

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 223022）

近年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)，例如焊接、搬運(yùn)、碼垛、切割等[1]。隨著用人成本企高以及對(duì)安全性要求的不斷提高，機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。目前搬運(yùn)機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法主要分為兩類(lèi)：示教編程和離線(xiàn)編程[2]。示教編程的方法是通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的方法獲得軌跡[3]。離線(xiàn)編程技術(shù)則融合工藝要求，自動(dòng)規(guī)劃軌跡，可大大提高效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化[4]。利用RobotStudio 軟件計(jì)算搬運(yùn)軌跡是離線(xiàn)編程技術(shù)的重點(diǎn)。

1 機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的布局規(guī)劃

以冰箱門(mén)殼件機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線(xiàn)布局為例，其冰箱門(mén)殼件的生產(chǎn)邏輯工序?yàn)椋簺_裁工序→彎邊工序→包邊工序→成形工序。沖壓生產(chǎn)線(xiàn)布局是根據(jù)搬運(yùn)物料形狀尺寸、現(xiàn)場(chǎng)條件等條件決定，該布局規(guī)劃中選用六臺(tái)IRB/6700/3.2/150 型搬運(yùn)機(jī)器人，其搬運(yùn)最大覆蓋半徑為3200mm，生產(chǎn)線(xiàn)要求的節(jié)拍是8～10 s/件。根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)地條件限制及料片尺寸大小，設(shè)計(jì)生產(chǎn)線(xiàn)布局如圖1 所示。圖中實(shí)心圓線(xiàn)代表機(jī)器人的最大覆蓋半徑范圍，確保設(shè)備工作臺(tái)面在機(jī)器人的覆蓋范圍內(nèi)。其中整個(gè)生產(chǎn)流程為：雙工位拆垛臺(tái)車(chē)-磁力分張-拆垛機(jī)器人R0-雙料檢測(cè)-重力對(duì)中-上料機(jī)器人R1-1#壓機(jī)沖壓-壓機(jī)間機(jī)器人R2-2#壓機(jī)沖壓-壓機(jī)間機(jī)器人R3-3#壓機(jī)沖壓-壓機(jī)間機(jī)器人R4-4# 壓機(jī)沖壓-下料機(jī)器人R5-尾皮帶機(jī)傳送-人工裝箱。

圖1 整體布局

2 機(jī)器人路徑預(yù)判

為了有效地完成機(jī)器人路徑規(guī)劃，需對(duì)機(jī)器人路徑進(jìn)行預(yù)判，建立一個(gè)初步和有效的機(jī)器人路徑框架，并根據(jù)料片尺寸和沖床工作臺(tái)面尺寸，分析其路徑中主要的干涉區(qū)域[4]，并將干涉區(qū)域設(shè)置防碰撞檢測(cè)，便于后續(xù)路徑規(guī)劃過(guò)程中進(jìn)行碰撞檢測(cè)和空間可行性分析。通過(guò)分析機(jī)器人所需完成的任務(wù)和運(yùn)作空間，分別示教相同的拾取點(diǎn)和放置點(diǎn)。但中間點(diǎn)的位置分別是外旋點(diǎn)和內(nèi)旋點(diǎn)，如圖2、3 所示。

圖2 外旋運(yùn)動(dòng)軌跡

3 生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人路徑規(guī)劃仿真驗(yàn)證

利用機(jī)器人路徑規(guī)劃原理，在RobotStudio 軟件中對(duì)其中1 臺(tái)機(jī)器人路徑進(jìn)行仿真。仿真設(shè)置從沖床沖壓-機(jī)器人拾取-等待另外沖床的開(kāi)啟-機(jī)器人放置，再分別示教相同的拾取點(diǎn)和放置點(diǎn)，示教內(nèi)旋點(diǎn)和外旋點(diǎn)，同步至rapid 中進(jìn)行編程，設(shè)置相同的速度參數(shù)。并打開(kāi)信號(hào)分析器和TCP 追蹤器，分別對(duì)機(jī)器人內(nèi)旋、外旋進(jìn)行仿真。進(jìn)過(guò)仿真得出以下結(jié)論，內(nèi)旋軸1-軸5 利用率低，軸6 利用率高，外旋軸4 利用率低，其余軸利用率高，如圖4、圖5 所示。根據(jù)圖說(shuō)明外旋機(jī)器人動(dòng)作較大。再次設(shè)定機(jī)器人生產(chǎn)時(shí)節(jié)拍和加速度。通過(guò)仿真紅色線(xiàn)內(nèi)旋節(jié)拍為8.6s 和藍(lán)色線(xiàn)為外旋的節(jié)拍9s，如圖6、圖7 所示。在相同的時(shí)間中，紅色內(nèi)旋的加速度線(xiàn)小于藍(lán)色的加速度線(xiàn)。整體比較內(nèi)旋優(yōu)于外旋。

圖3 內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)軌跡

圖4 內(nèi)旋機(jī)器人數(shù)據(jù)

圖5 外旋機(jī)器人數(shù)據(jù)

圖6 加速度

圖7 節(jié)拍

4 結(jié)論

為保證機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線(xiàn)安全高效工作，本文基于六軸工業(yè)機(jī)器人自身的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，并結(jié)合沖壓生產(chǎn)線(xiàn)特點(diǎn)，提出了機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，對(duì)機(jī)器人內(nèi)旋和外旋兩條路徑進(jìn)行計(jì)算分析，最終選用內(nèi)旋搬運(yùn)，并將其路徑規(guī)劃結(jié)果運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證表明，此方法可靠性高，能夠滿(mǎn)足自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)要求，同時(shí)能夠縮短生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)周期。該方法對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)的路徑規(guī)劃具有重要參考價(jià)值[5-6]。