關于提高ABB機器人六軸穩定性的研發

向明波　何忠　朱嘉

摘 要：我車間4臺ABB機器人承擔著全年95%以上的成品卷煙轉運工作，每臺機器人每天的任務量相當繁重。在最初的設計中，機器人手爪部分的線纜（包括電路和氣路）為直接相連，在機器人端部六軸旋轉時，線纜會隨六軸旋轉1周。在旋轉過程中，線纜不僅被扭曲，還要被拖緊、放松，進而導致氣路和電路受損。4臺機器人的使用時間已超過8年，其間，由于氣管破裂、電路故障造成的煙包損壞不計其數。氣管更換、電路恢復對生產的連續性、車間現場管理的影響巨大。因此，為了解決上述問題，將六軸線纜中的部分安裝結構由固定結構變為了可活動結構。

關鍵詞：ABB機器人；工作原理；卷煙；運動限制

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.019

目前，國內各煙廠均使用直接連接的方式安裝線纜。在使用過程中，存在保養費用高、維修量大和煙包損耗大的情況。而當今機器人的發展趨勢為：使用越來越靈活、不斷突破運動限制和功能限制；運行穩定性不斷提高；作業成功率逐步攀升。

2012-11-06，中國國際工業博覽會上推出了新型開門機器人IRB 5350和多個領先的機器人解決方案，展示了ABB在工業自動化生產和機器人應用領域的領導地位。

顧純元博士（ABB離散自動化和運動控制業務部北亞區及中國負責人）說：“中國目前正處于經濟結構調整的重要階段，增效節能是中國產業轉型和升級的重要策略之一。作為全球自動化技術領域的領導者，ABB通過提供領先的機器人產品、解決方案和幫助客戶大幅提高產品質量和工業生產率，積極推廣了符合中國新能標準的高效節能電機產品，助力客戶提高能源效率和實現節能減排的目標?！?/p>

1 工程背景

ABB機器人是一種通用的自動機械，能夠重復、高效地完成一些機械動作，也可以編入不同的程序完成不同的機械動作，從而節省人力、物力。ABB機器人的核心技術是其控制系統。機器人控制是一項跨越多個學科的綜合性技術，它幾乎包含了自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術和機械工程等多種學科的內容。機器人技術對我國的傳統工業，對工業生產的現代化和科學技術的發展起到了越來越多的推進作用。同時，它對提高勞動生產率、提高產品質量、改善勞動條件、促進企業產品的柔性化等發揮了重要作用。

1.1 設備概況

ABB機器人多作用于機械化生產線，不同的ABB機器人有著不同的作用，也有著不同的型號。比如ABB IRB 6640機器人，它具有以下4方面的特點：①有效載荷高。有效載荷為235 kg，適合眾多重型工件的搬運。IRB 6640 ID （internal Dressing）的有效載荷為200 kg。IRB 6640配備第二代TrueMove和QuickMove技術，機器人的動作更加精確，編程時間較短且工藝效果好。②安裝、維修簡便。此種機器人簡化了鏟車叉槽，機器人的底部空間較大，使維修變得方便。為了方便吊裝，質量減輕了約400 kg。③具有多種防護等級，可在不同的環境中使用，比如鑄造專家型、鑄造加強型和潔凈室型等。④ABB潔凈室型機器人經過特殊工藝制造而成，可全面檢測包裝，最大程度地減少操作中產生的微粒。IRB 6640經權威潔凈室研究機構IPA認證。

1.2 機器人的生產狀況

機器人的生產狀況可概括為以下6點：①ABB機器人性能總體穩定，但有時也會出現一些故障。②當ABB機器人試教盒顯示器、計算機和伺服驅動板的指示燈亮時，系統可能無法進入初始化狀態。③ABB機器人會與障礙物碰撞或摩擦。④ABB機器人的零點數據丟失，調零后的工作對接位置不準確。⑤ABB機器人試教方向失去控制、不能正常通電等。⑥現階段，ABB機器人技術基本根據自帶的技術實現，根據產品出廠說明書指示工作。其中，雖然有些弊端不利于某些企業生產線上的工作，但已經給企業帶來了經濟效益。ABB機器人的工作效率直接影響著生產線的產出率，可決定產品的一致性和優良性，并能大大降低生產成本。每臺ABB機器人相當于幾倍人的工作效率，其可靠性也是比人工高。

機器人碼垛的過程為：箱體通過2條輸入傳送帶運送至整形區域，通過整形機構完成整形操作；完成整形的1層箱體運送至機器人抓取工位，并通知堆垛機器人；空托盤通過對應的傳送帶運送至機器人工作區域中的指定位置；機器人接收到信號后，抓取完成整形的箱體，并將其放置于堆垛工位的托盤上。由于機器人執行機構為獨立系統，需要將氣路和電路信號傳輸到執行機構上?，F有設備的氣路、電路由普通氣管和電纜組成，在機體外走線至執行機構，這會導致線纜在機體上頻繁摩擦、扭轉，容易出現損傷或斷裂。特別是連接執行機構的6軸部分尤為明顯，經常要隨執行機構旋轉360°。

2 主要研究內容

主要研究內容為提高機器人六軸氣路、電路傳輸的穩定性，并在設備走線和傳輸方式方面進行思考，使機器人執行機構在執行過程中減少線路的摩擦和物理扭轉。

3 技術要點

3.1 機器人六軸氣路中轉機構的密閉性

如果機器人六軸通氣管道漏氣，會導致抓取壓力不足，進而造成煙包在抓取過程中掉落。

3.2 機器人六軸電路中轉信號的準確性

如果機器人六軸電路信號不穩定，會導致中轉信號不準確，進而造成無法正常搬卸貨物、碼垛和拆垛，使工作無法按時完成。

3.3 機器人運行的安全性和穩定性

操縱器運行時，它可能會執行一些意外或不規范的動作，這些動作都會產生很大的力量，進而嚴重傷害工作人員或損壞操縱器工作范圍內的任何設備。

機器人手臂系統的質量非常大，如果因沒有連接制動閘、連接錯誤、制動閘損壞或任何故障而導致制動閘無法使用，則會產生危險。如果即將發生危險，則應緊急關閉設備。

4 項目實施方案

4.1 分析碼、拆垛現場和煙包抓取流程

機器人的標準堆垛工位一般由兩三個輸入線和兩三個堆垛工位組成。作業時，件煙以豎立姿態輸入，對于非頂層件煙，機器人手腕以頂吸（或底托叉）的方式一次吸3件或2件，按“3縱2橫+2橫3縱”的方式組成首層，第二層反之，頂層為2次平抓。在頂層機器人單件作業時，手腕會旋轉90°，并以平躺的方式放置頂層件煙。

機器人的標準拆垛工位由2個拆垛工位和1個輸出線（包括翻轉機構）組成。對于平躺姿態的件煙，在拆垛時，機器人平行吸取件煙，并直接放置于輸出線上；對于豎直姿態的件煙，拆垛時，機器人平行吸取件煙，放置于輸出線上的翻轉機構上，并由翻轉機構依次將件煙翻倒輸出。

4.2 中轉裝置

中轉裝置的具體結構如圖1所示。

從圖1中可以看出，將A點以前的管路埋入機體，并從機體內部穿出，這樣可實現線纜在4軸處隨機體自由旋轉；在J，H，G點處設置線纜旋轉機構，并加上線纜護套K，可實現手抓執行機構在旋轉過程中的線纜隨機轉動，從而使線纜減少扭轉次數。此外，加入線纜旋轉護套K后，可避免線纜在機體上摩擦。

4.3 模擬測試

在拆垛一號機器人上進行了實機測試，可滿足運行和安全條件。

5 周邊系統支持

5.1 系統可行性

本地聚集了大量人才，對各種型號的機器人已完全掌握，同時，還具備創新和更深層次的開發技術。

5.2 技術可行性

已熟悉機器人6個軸承及其相關部件，熟練掌握了機器人的維修和故障排查技巧。

5.3 經濟可行性

本地區具有國內領先的技術水平，且得到了當地政府的大力支持，企業管理人員已到位，不存在經濟方面的問題。此外，產品的性價比遠遠超過人工生產，還能減少人工的需求，1臺機器人設備就能給本地帶來極大的經濟效益。

5.4 法律可行性

本地在購買機器人設備后，已具備對產品的使用和創新的權利，不存在侵權等現象。

5.5 驗證

具體驗證數據如表1所示。

6 結束語

通過上述對ABB機器人六軸承穩定性的探究，我們對機器人的原理和常見故障有了一定的了解，并可有效解決這些問題，但還有許多未知的問題等待我們去發現和研究。只有通過不斷的研究和探討，才能使機器人得到更好的運用和維護。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕