制絲物流線機器人投料方式的改進與應用

尹招然　王碩　劉曉煬

摘要：玉溪卷煙廠制絲一車間采用流水作業，各工序點環環相扣，機器人投料作為第一道工序對后續物流線上的生產工序有著十分重要的影響，煙箱作為物流線上的重要載體，主要承擔裝盛和運送煙包和薄片的作用。機器人把煙包分模塊投放到鋼制物流周轉箱中，通過物流線把煙包運送到真空回潮機內，再通過翻箱進入到下行工序，煙箱是生產中不可或缺的重要設備。

關鍵詞：機器人投料;煙箱;物流線

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0252-03

在生產中，機器人抓取手（機器手）將煙包放入煙絲的過程中容易擦破煙箱內壁;同時，機器手抓取煙包不穩同樣會使煙包墮落損壞煙箱。兩種問題均會導致煙箱破損產生的雜物進入流水線污染煙絲，并使煙箱維修次數過多，增加設備維護成本。為保證卷煙品質、降低維護成本，需要改進投料方式，減少煙箱的破損次數。

本文主要針對煙箱的破損情況進行分析，通過改進現有的機器人投料方式，利用統計方法找到煙包入箱的合理位置;同時，通過改進機器手的夾緊方式，從而保證煙包準確、穩定地放入煙箱，減少煙包對煙箱的磨損情況。

1 問題分析

1.1 煙包入箱位置不準確

目前，車間使用的煙箱規格都是固定的，為：1385×1080×1425（mm），而煙包規格卻有三種。煙包入箱時，規定煙包行進方向為正方向，煙包左側和煙箱左側距離為A，煙包右側和煙箱右側距離為B，顯示位置如下圖所示。

通過跟蹤統計30批同牌號煙包之后，得到如下統計表：

現場調查之后發現，機器人投料工序點開包工位處氣缸的尼龍套面積過小，將會嵌入到松散煙包中，小煙包在此處停止時靠前，中等規格煙包和大煙包靠后，機械手無法抓住煙包正中央。從而導致了煙包入箱位置不合理，出現擦損煙箱內壁的情況。

1.2 ?氣缸載荷能力不足

機器人開包系統是2002年底裝備制絲車間，當時整個物流線設備按照150KG煙包的規格進行設計，在氣缸選型上選用了一組缸徑為63的氣缸和兩組缸徑為50的氣缸并聯組合使用，用于200KG煙包的裝箱已超過設計值的33.3%，已經達到了最大值的臨界點，將導致手臂抓緊力不足，容易造成煙包脫落，損壞煙箱。

氣缸載荷能力驗算：

KR360機器人共有3對（6只）手臂用于夾緊煙包，一組缸徑為63的氣缸驅動中部一對手臂，兩組缸徑為50的氣缸分別驅動兩側的兩對手臂，正常情況下，當三對手臂都能接觸到煙包時，其最大靜摩擦力F= f1+f2+f3+f4+f5+f6。

按其設計理念，在工作過程中，至少應有任意兩對手臂能同時接觸到煙包從而避免重心不穩使煙包脫落，所以在夾緊過程中只有一對手臂能接觸到的變形嚴重的煙包，不可能對其校正，只能將其手工裝入特殊的標準木箱內進行機器人裝箱。

對于氣缸產生的夾緊力，通過查閱了FESTO氣動元件產品手冊，在0.6MPa壓縮空氣作用下，其不同型號缸徑的返回力理論值為：

50缸徑：N1=990 （牛頓）

63缸徑：N2=1682（牛頓）

通過查閱機械設計手冊，聚氨脂材料與其他材料的摩擦系數u為0.4---0.6之間，按最小值0.4進行計算驗證。

f=u*N ?得出原各手臂的理論靜摩擦力為：

f1=396（牛） ?f2=396（牛）

f3=672.8（牛）f4=672.8（牛）

f5=396（牛） ?f6=396（牛）

對于200KG重量的煙包，其重力G=200*9.8=1960（牛），當只有兩側的手臂接觸到煙包時，其最大靜摩擦力F= f1+f2+f5+f6=1584（牛），F

經論證，造成機器人煙包脫落的主要原因是：最初機器人氣缸載荷能力不能滿足現狀。

2 解決方案

2.1 確定煙包入箱時的合理位置

無論何種規格的煙包，通過增加定位擋板，增大煙包停止時的受力面積，使煙包在開包工位處停止時，都停靠在同一位置。若開包工位處停止位確定，只需要根據不同煙包規格調整機械手上料程序，使煙包盡量放在煙箱中間，就可減少煙包磨損煙箱內部篾片的問題。

2.1.1 設計定位擋板

通過表1可以看出，不同規格的煙包在入箱時，煙包與煙箱的左右側距離不同，大規格煙包最容易擦到煙箱左側，中等規格煙包很少擦到煙箱，小煙包左右側距離均比較大，不會擦到煙箱。擋板要有足夠的受力面積，同時高度不能超過機械手夾起煙包后的停頓位置。經過現場調查發現中等規格煙包的側面面積最大，為S=650mm×700mm，為保證足夠的阻擋力，擋板受力面應盡量接近這一數值。機械手夾起煙包后的停止高度H=1280mm，擋板高度應小于這一數值。結合開包工序處運輸輥道支架的實際情況，我們選擇的擋板面尺寸為650mm×500mm。為加強擋板的強度，還應在擋板上加裝三腳架支撐。

擋板示意圖如下所示：

2.1.2 調整機械手入箱程序

固定擋板位置后，考慮到三種煙包的不同規格，同時兼顧三種煙包入箱位置，通過湊試法改變A、B距離，觀察煙包入箱情況，最終選定將A值增加50mm。這一過程可通過調整煙包入箱時的機械手控制程序來實現。將坐標X值由原來的373.35增加到423.35，程序修改如下：