工業(yè)機器人在縫紉機鑄件加工中的應(yīng)用

        多年來，在縫紉機頭加工領(lǐng)域，生產(chǎn)自動化水平還停留在較低的層度。整個加工過程多采用人工進(jìn)行縫紉機頭上下料工作。隨著人員成本不斷上漲，加工出的產(chǎn)品利潤率越來越低。采用人工進(jìn)行上下料，危險度大、效率低、次品率高等問題一直困擾著生產(chǎn)廠家。為了提高產(chǎn)品性能，降低人工在生產(chǎn)過程中的不利因素，部分生產(chǎn)廠家開始使用機器人進(jìn)行機頭的上下料工作，機器人作為智能裝備，具有精度高，穩(wěn)定性好，柔性化高等特點。通過使用機器人不但可以減低人員成本，提高設(shè)備利用率，還可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。本文以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發(fā)的ER50-C20工業(yè)機器人為應(yīng)用對象，通過仿真軟件，規(guī)劃機器人工作軌跡路徑，實現(xiàn)機器人搬運縫紉機頭坯料進(jìn)行機械加工的過程。結(jié)果顯示，使用機器人進(jìn)行上下料不但改善了產(chǎn)品質(zhì)量，還減輕了員工的勞動強度，同時減低了對員工生產(chǎn)技能的要求。

　　1、機器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)

　　機器人主要由機械本體、驅(qū)動部分、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)接口幾部分組成。該項目中使用的是埃夫特公司自主研發(fā)的ER50-C20機器人，該機器人為6自由度串聯(lián)機器人。主要參數(shù)如下表：

　　2、項目工藝描述以及分析

　　2.1工位敘述：

　　工藝如下:

　　以上共計6道工序18臺機床。

   　該項目中機器人末端采用柔性補償器抓手，并附帶氣路單元、主站PLC等。

　　根據(jù)縫紉機加工工藝以及機床尺寸，該項目共計分為七個工位。第一工位為人工上料工位，主要進(jìn)行拆垛以及輸送。第二工位一臺機器人服務(wù)四臺機床，第三、四工位每臺機器人各服務(wù)兩臺機床，第五六工位每臺機器人各服務(wù)四臺機床。第七工位一臺機器人服務(wù)兩臺機床，并將加工好的產(chǎn)品進(jìn)行碼垛。（工位間通過轉(zhuǎn)料臺轉(zhuǎn)料。第一工位為輸料臺輸送坯料。）整線采用PLC控制，profibus總線通訊，平均上下料節(jié)拍25S。詳細(xì)布局圖如圖2-1所示：

　　工位設(shè)備包括：輸送料道、ER50-C20機器人，機器人用柔性抓手，按鈕盒、PLC控制系統(tǒng)、安全防護(hù)。

　　2.2末端執(zhí)行機構(gòu)-柔性抓手

　　根據(jù)項目工藝要求，該項目中需要采用柔性抓手，即抓手與機器人之間通過柔性補償器連接。機器人將工件放置于機床進(jìn)行加工過程中，由于機床加工要求工件定位精度為0.03mm，定位精度要求較高，而機器人的重復(fù)定位精度為+/-0.15mm，如果只采用機器人進(jìn)行定位則無法滿足精確定位要求。為此，在項目中引入柔性補償機構(gòu)，如工件與機床工裝配合存在位置偏差，柔性補償器將主動從不同角度對機器人進(jìn)行補償，減小工作定位銷對機器人的硬接觸力。通過使用柔性補償器，不但可以避免機器人與機床工裝硬接觸導(dǎo)致的機器人過載，還可以減小機床上工裝上定位銷的磨損，從而實現(xiàn)高精度產(chǎn)品的上下料工作。由于該項目中，縫紉機頭與機床定位銷精度要求較高，為避免機器人抓手與機床發(fā)生硬接觸，抓手上安裝了柔性補償器進(jìn)行補償。抓手根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品數(shù)?；?qū)嶋H樣品進(jìn)行設(shè)計，樣圖如圖2-2。

　　3、控制系統(tǒng)工作原理以及仿真

　　3.1系統(tǒng)控制邏輯圖如圖3-1所示：

　　整個項目采用PLC作為主控單元，通過在人機交互界面上操作以及監(jiān)控機器人的狀態(tài)，在進(jìn)入自動狀態(tài)下，只需操作按鈕站就可實現(xiàn)生產(chǎn)線的啟動和停止。PLC通過控制獨立的機器人系統(tǒng)以及機床系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)作業(yè)。

 　首先，將電控系統(tǒng)上電，啟動PLC，PLC控制機器人以及機床進(jìn)行自檢，機床進(jìn)行自檢，如有故障機床將停止。此時機器人檢測是否在等待工作位置，如不在工作位置將停機。如機器人以及機床均在指定位置機器人、料道以及機床將進(jìn)行協(xié)調(diào)作業(yè)，完成一次工作后，將自動進(jìn)入下月一次循環(huán)。

　　3.4工位仿真布局圖：

　　通過使用Delmia離線仿真軟件，對現(xiàn)場機器人進(jìn)行三維布局。從而驗證機器人柔性抓手以及機器人之間是否存在干涉。同時根據(jù)仿真結(jié)果測算機器人工作節(jié)拍，確認(rèn)機器人底座高度，各個機床擺放位置，驗證機器人可達(dá)范圍，保證機器人與機床之間最大有效服務(wù)距離等工作。詳細(xì)仿真圖如圖3-2所示：

　　3.5機器人示教

　　通過現(xiàn)場對機器人軌跡記錄，位姿修改，IO信號設(shè)置，完成機器人與機器人的配合。經(jīng)過初次調(diào)試后，優(yōu)化機器人運動軌跡，刪除部分多余運動軌跡點，縮短機器人信號通訊時間，提高機器人工作效率，并通過設(shè)置機器人干涉區(qū)，防止機器人間以及機器人與機床的潛在碰撞，提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性。當(dāng)兩臺機器人存在潛在碰撞危險時，優(yōu)先出發(fā)第一臺機器人進(jìn)入干涉區(qū)信號，防止其他機器人進(jìn)入潛在碰撞區(qū)。

　　總結(jié)：通過使用機器人進(jìn)行縫紉機頭上下料，不但可以降低員工勞動強度，還可以提高產(chǎn)量，降低產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在的潛在風(fēng)險。使用機器人生產(chǎn)的縫紉機頭，不但加工精度得以保障，而且廢品率也大幅降低，產(chǎn)品一致性以及質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于人工生產(chǎn)的產(chǎn)品。