工業機器人在鑄件加工中的應用

于曉東 楊 寧 孫震禮

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽 蕪湖 241000）

工業機器人在鑄件加工中的應用

于曉東 楊 寧 孫震禮

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽 蕪湖 241000）

針對縫紉機加工自動化生產需求，自主研發了ER50-C20工業機器人，實現了縫紉機頭加工的機器人自動生產，提高了生產效率及產品質量。

工業機器人；縫紉機；柔性夾爪

多年來，在縫紉機頭加工領域，生產自動化水平還停留在較低的層次，整個加工過程多采用人工進行縫紉機頭上下料工作。隨著人員成本不斷上漲，加工出的產品利潤率越來越低。采用人工進行上下料，危險度大、效率低、次品率高等問題一直困擾著生產廠家。為此，部分生產廠家開始使用機器人進行機頭的上下料工作。機器人作為智能裝備，具有精度高、穩定性好、柔性化高等特點。

以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發的ER50-C20工業機器人為應用對象，通過仿真軟件，規劃機器人工作軌跡路徑，實現機器人搬運縫紉機頭坯料進行機械加工的過程。結果顯示，使用機器人進行上下料不但改善了產品質量，還減輕了員工的勞動強度，同時減低了對員工生產技能的要求。

一、機器人結構及參數

機器人主要由機械本體、驅動部分、計算機控制系統、傳感系統、輸入及輸出系統接口幾部分組成。該項目中使用的是埃夫特公司自主研發的ER50-C20機器人為6自由度串聯機器人。主要參數見表1。

表1

二、項目工藝描述

1.工位敘述

工藝：銑上端面?鉆工藝孔?銑側面1?銑側面2?銑側面3?鉆側面工藝孔。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。

根據縫紉機加工工藝以及機床尺寸，該項目共計分為7個工位。第一工位為人工上料工位，主要進行拆垛以及輸送。第二工位1臺機器人服務4臺機床，第三、四工位每臺機器人各服務兩臺機床，第五六工位每臺機

器人各服務4臺機床。第七工位1臺機器人服務兩臺機床，并將加工好的產品進行碼垛。（工位間通過轉料臺轉料。第一工位為輸料臺輸送坯料。）整線采用PLC控制，profibus總線通信，平均上下料節拍25s。工位設備包括：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、安全防護。

2.末端執行機構－柔性抓手

根據項目工藝要求，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。機器人將工件置于機床工位，由于機床加工要求工件定位精度為0.03mm，而機器人的重復定位精度僅為±0.15mm，無法滿足精確定位要求。為此，在項目中引入柔性補償機構，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致的機器人過載，還可以減小機床工裝上定位銷的磨損，從而實現高精度產品的上下料工作。抓手柔性補償器樣圖如圖1所示。

圖1 機器人抓手柔性補償器

三、控制系統工作原理以及仿真。

1.系統控制邏輯圖（圖2）

圖2 系統控制流程圖

整個項目采用PLC作為主控單元，通過人機交互界面操作及監控機器人的狀態，在進入自動狀態下，只需操作按鈕站就可實現生產線的啟停。PLC通過控制獨立的機器人系統以及機床系統進行協調作業。

先將電控系統上電，然后啟動PLC控制機器人及機床進行自檢。機床自檢如發現故障則機床停止。此時機器人檢測是否在等待工位，不在工位則停機。如機器人以及機床均在指定位置，則機器人、料道以及機床將進行協調作業。完成一次工作后，自動進入下一次循環。

2.工位仿真布局圖

通過使用Delmia離線仿真軟件，對現場機器人進行三維布局。從而驗證機器人柔性抓手以及機器人之間是否存在干涉。同時根據仿真結果測算機器人工作節拍及確認機器人底座高度、各個機床擺放位置，并驗證機器人可達范圍，以保證機器人與機床之間的有效服務距離。詳細仿真圖如圖3所示。

圖3 機器人三維布局圖

3.機器人示教

通過現場對機器人軌跡記錄，位姿修改，IO信號設置，完成機器人之間的配合。經過初次調試后，優化機器人運動軌跡，刪除部分多余運動軌跡點，縮短機器人信號通信時間，提高機器人工作效率。并通過設置機器人干涉區，消除機器人間以及機器人與機床的潛在碰撞危險，提高生產線穩定性。當兩臺機器人存在潛在碰撞危險時，第一臺機器人優先發出進入干涉區信號，防止其他機器人進入潛在碰撞區。

四、結語

通過使用機器人進行縫紉機頭上下料，不但可以降低員工勞動強度，還可以提高產量，并使產品一致性以及質量遠遠高于人工生產的產品。

[1] 郭繼紅．工業機器人技術[M]．西安電子科技大學．

[2] 張建民．工業機械人[M]．北京．北京理工大學出版社．

[3] 孫樹棟．工業機器人技術基礎[M]．西北工業大學出版社．

[4] 王廣雄，何聯．控制系統設計[M]．清華大學出版社．

TP242.2

B

1671-0711（2014）08-0041-02

2014-07-09）