六軸機器人在大型玻璃基板自動上料中的應用

秦 輝， 武 杰， 劉向勇

（中電科風華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

工業機器人指的是能在人的控制下智能工作，并能完美替代人力在生產線上工作的多關節機械手或多自由度的機器裝置。與人力相比，工業機器人具有低成本、高效率的特點。近年來，隨著國內勞動力成本不斷上漲，我國制造業勞動力優勢不顯，制造業亟待向智能化轉型，在此機遇下，工業機器人大有可為。

1 工業機器人的應用優勢

1）高安全系數。使用小型搬運機器人能夠替代人工，進行比較高難度的作業。采用機械手生產，可以更大程度地保障工人的工作安全性。在需要倒班的生產車間中，工人晚上更容易出現生理性疲勞，導致安全事故的發生，而使用機械手則可確保安全生產。另外，有些較為危險的工種，采用工業機器人操作，精確度、穩定性和安全性更強，可以保障人員安全。

2）提高效率和品質。工業機器人能夠不間斷地進行24 h作業，且機器人不受情緒影響，而工人則相反。機械手生產一件產品耗時是固定的。在同樣的生產周期內，使用機械手的產量也是固定的，不會忽高忽低。并且工業機器人生產每一模的產品生產時間固定化，產品成品率也高，使用機器人生產更符合企業利益。

3）節省原料，降低成本。機器人可以24 h進行操作，工人會存在偷懶行為，取出產品時間不定，而機器人則不會，且如今人工成本越來越高，而機器人屬于固定資產。另外，采用工業機械手操作的模式，自動流水線更能節省廠地，使整廠規劃更小、更緊湊[1]。

4）便于管理。以往企業中很難精確保證每天的生產量，監管人員每天瑣事較多，很難時時刻刻去抓員工工作效率。使用機械手生產后，用工人員減少，員工管理更方便了。

5）提高企業形象。使用機器人作業，能夠提升客戶對企業的形象認識，能間接增加企業訂單數量。

2 玻璃基板自動上料整體設計方案

上料機由料盒夾具、上料轉臺部件、拾取玻璃機器人組件、撕膜機器人部件、操作臺、氣路組件、控制組件等組成。外圍加裝安全保護圍欄如圖1所示。

圖1 系統整體方案

2.1 料盒夾具

料盒夾具用于料箱上料、下料周轉時固定箱體和玻璃。夾具主體由方鋼管焊接而成，表面噴塑處理。料盒夾具由固定底架、側活動架和壓緊機構組成，壓緊結構為可拆卸式，便于鏟車上下料。

2.2 料盒轉臺

料盒轉臺由轉臺固定底座、轉臺機體、支撐氣缸、支撐輪、傾斜支架、限位機構、壓紙機構、離子風棒等組成。壓紙機構由高度方向模組、厚度方向模組、壓紙氣缸和壓紙件等組成。當上料機械手取玻璃時，壓紙氣缸伸出，壓紙件壓住墊紙，防止被玻璃帶起。離子棒用于消除靜電，輔助玻璃和紙分離。本機構用于支撐玻璃料盒，完成料盒垂直位于傾斜上料位之間的轉換，并在玻璃上料時壓住墊紙[2]。

在垂直上料位時，由鏟車將帶夾具的料盒送到料盒支架上，人工旋轉90°到玻璃上料位，由支撐氣缸伸出將料盒支架推至傾斜位置，即玻璃上料位。

料箱內玻璃上完時，或半箱玻璃需要切換品種時，人工將轉臺旋轉90°返回原位，支撐氣缸縮回將料盒支架拉回垂直位置，由鏟車將料箱卸下。

2.3 取料機器人

機器人取料組件由機器人、真空吸附架、吸盤等組成。取料機器人6個自由度組合動作可將玻璃從上料轉臺上的料箱里吸附轉運到絲印傳送臺上的指定位置。

2.4 撕膜、取紙機器人

撕膜、取紙機器人均由支架、機器人、撕膜頭組件、吸盤組、氣缸組等組成。撕膜機械手將保護膜吸起或粘起并用氣缸夾持，再通過機器人6個自由度組合運動將保護膜分離并放到廢料區域。

2.5 易撕貼供料機

易撕貼供料主要由交流電機帶動傳動軸轉動，當光電傳感器檢測到易撕貼到位時，交流電機停止轉動。

3 控制系統設計

3.1 電氣設計

系統采用安川六軸機器人作位動作執行機構，同時采用三菱可編程邏輯控制器作為時序控制部件，配合Proface觸摸屏實現人機交互，安川六軸機器人作為工業機器人中的一線品牌，可以滿足絕大部分應用場景。選用PLC控制的優點在于系統穩定、拓展性強、維護方便，如圖2所示。

圖2 設備硬件系統配置圖

3.2 軟件設計

系統運行流程如圖3所示。

圖3 設備運行流程圖

系統初始化，各機器人手臂回原點。首先撕膜機器人運動到等待位置，易撕貼供料電機運轉到合適位置，撕膜機器人夾爪氣缸動作，夾取易撕貼回到等待位置，此時檢測料盒區域有無其他機器人。當檢測到料盒區域無其他機械手，開始執行撕膜流程，機器人快速運動到預先設定位置，開始慢速執行平移動作，當機器人前端接近傳感器有信號時，機器人停止前進，易撕貼氣缸執行向前伸縮動作，此時易撕貼具有黏性的一面粘住玻璃基板表面的塑料膜，等待1 s后開始執行撕膜動作，機器人按照預定的軌跡運動到廢料盒上方，執行吹氣動作，把廢膜放到廢料盒中，回原點后，標志位復位，上料機器人執行上料動作，具體接近動作同撕膜，上料完成后取紙機器人執行取紙動作[3]。操作界面如圖4所示。

圖4 操作界面

3.3 技術難點

3.3.1 玻璃表面膜難撕

依靠靜電貼附在玻璃表面的塑料膜很薄，如果采用傳統的氣缸夾爪，機器人堅硬的機械臂很容易把玻璃給撞壞掉，同時塑料膜在撕的過程中容易拉扯壞。

解決方法。機械手前端夾取易撕貼，依靠易撕貼的黏性把膜給粘起來，同時優化機械手運動軌跡，使膜避免被料盒給拉扯斷。

3.3.2 玻璃難取

大型玻璃之間，除了存在靜電，還有因為玻璃自重壓合產生的真空，在機械手吸取玻璃的過程中很容易把后面的玻璃給帶起來，造出后面玻璃掉落的風險。

解決方法。在料盒上加裝離子風棒用來除靜電；使用緩沖較長的吸筆；優化機械手接觸玻璃的角度，利用吸筆緩沖使機械手再吸取玻璃的時候產生角度，從而破壞玻璃之間的真空。

3.3.3 玻璃之前紙難取

玻璃之間用紙來隔離，這種紙密度低、強度小，采用傳統吸筆加氣缸夾爪，很容易造成紙張的掉落。解決方法。采用大型抽風機，產生類似于吸塵器的效果，很好地解決了上述難點。

3.3.4 機械臂活動受限

設備現場空間局促，機械手不能很好地施展手臂，同時容易造成機械臂的碰撞。

解決方法。設置多個干涉區域，同時，優化機械手運動軌跡和整個上料流程，使得在容易產生碰撞的區域，在同一時間只有一個機械臂在運動。

4 結論

六軸機器人的上料系統在進行大型玻璃的搬運過程起到了良好的效果，有效取代了人工上料，大大提高了生產效率，滿足了客戶的要求。

[1]孫立蓉，李亞麗.AMLCD基板玻璃切割條件的選擇[J].陜西科技大學學報，2005，23（4）：103-107.

[2]李亞利，張方輝.TFT—LCD切割裂片工藝參數探討[J].液晶與顯示，2006（1）：96-97.

[3]呂沫，張飛特.TP玻璃切割工藝研究[J].電子工藝技術，2014，35（4）：242-245．