國產新松機器人在浮法線應用

李小林 曲業闖 孫喜勝

（1. 天津新松機器人自動化有限公司 天津 300450；2. 沈陽新松機器人自動化股份有限公司 沈陽 110169）

0 引言

20世紀50年代末，工業機器人最早開始投入使用。約瑟夫·恩格爾貝格（Joseph F.Englberger）利用伺服系統的相關靈感，與喬治·德沃爾（GeorgeDevol）共同開發了一臺工業機器人“尤尼梅特”（Unimate），率先于1961年在通用汽車的生產車間里開始使用。中國科學院沈陽自動化研究所，是我國最早研制機器人與人工智能的科研單位。1979年，沈陽自動化研究所在全國率先提出了研制機器人的方案，并付諸行動。1982年4月，我國第一臺示教再現工業機器人樣機研制成功，可重復再現通過人工編程存儲起來的作業程序。同時期，哈爾濱工業大學、機械部等單位也投入研制工業機器人。并向高速、高精度、輕量化、成套系列化和智能化發展，以滿足多品種、少批量的需要。

玻璃浮法線具有玻璃尺寸大，玻璃易碎，有大量粉塵等客觀原因，使用了大量的機器人進行堆垛。因對產品品質要求高，并且要求進行隨動抓取，需要智能檢測等技術要求。國產新松機器人在玻璃行業做出了突破，并在安徽鳳陽玻璃進行了成功的應用。

1 工業機器人

相對于傳統的工業設備，工業機器人依靠自身的優勢，比如易用性、重復定位精度高、可示教進行智能化編程作業，能夠提高生產效率，增強安全性、還可以在高危環境下進行作業。因此工業機器人在物品搬運、物料碼垛、金屬焊接、打磨應用、生產裝配等各種應用中技術中越來越成熟，為蓬勃發展的各行各業提供了大量的勞動力。

2 鳳陽玻璃浮法線冷端堆垛系統組成

浮法線冷端堆垛系統包括完整性檢測儀、撒粉機、機器人堆垛工作站、輥道傳輸線體、堆垛專機、氣浮臺和線體控制系統。圖1為現場應用的冷端堆垛系統總體布局圖。

圖1 冷端堆垛系統總體布局圖

2.1 完整性檢測儀

由視覺檢測系統組成，能夠檢測玻璃尺寸、位置和邊角缺失，從而對玻璃進行分級分等，并為后續的機器人提供玻璃的位置。檢測原理為：采用反射光源加線陣CCD相機對玻璃進行掃描成像；通過嵌入式處理器對圖像數據實時處理；使用上位機PC進行數據管理和查詢；利用總線技術將玻璃測量數據傳遞給線體控制系統。

2.2 撒粉機

玻璃撒粉機將防霉粉按照工藝要求均勻噴撒在玻璃表面上。

2.3 機器人堆垛工作站

機器人堆垛工作站由4臺新松SR210D機器人、8個2工位的旋轉轉臺和帶測量功能的端拾器組成。

2.4 輥道輸送線

輥道線可以平穩地運輸玻璃板，傳輸穩定，速度可以調節。玻璃在傳輸過程中不會破碎，表面不會產生劃傷或者缺角，并且傳輸過程中玻璃的位置偏差較小。

2.5 堆垛專機

現場采用了其他國產廠家制作的直角坐標形式的水平堆垛機。

2.6 氣浮臺

氣墊平臺（氣浮臺）由工作臺面、風機、卸片輥及支腿支架等組成。工作臺面由矩形鋼管、鋼板及毛氈組成。矩形鋼管為風管，鋼板與風管焊接在一起，構成一個強有力且平整的支撐臺面，為了避免鋼板對玻璃的劃傷，在其上表面粘有一層5 mm厚的機織毛氈。高壓離心風機向風管進行送風，工作臺面上的出風小孔經特殊設計，可在臺面上形成一個個小氣墊，當有玻璃經過其上方時，一個個小氣墊連成一片，將玻璃板懸浮在空中；通過這種設計，可以將15 mm厚的玻璃板浮起。在氣墊平臺尾端及兩側設有橡膠卸片輥，這樣方便較大的玻璃板的下片，同時還可以減少抬舉玻璃的所需動力。

2.7 線體控制系統

控制系統由輥道傳輸線控系統、訂單設置操作系統、機器人控制系統等組成。主要元件有：工控機、PLC、觸摸屏、驅動器、機旁按鈕站、傳感器和低壓電氣元件等?？刂坪诵牟捎每删幊踢壿嬁刂破鳎ê喎QPLC）控制，采用LAD語言編程并有詳盡準確的符號說明，觸摸屏方便操作與顯示，PLC與機器人采用總線通訊方式進行信號交互，與其他外圍設備采用I/O通訊。

線控系統主要功能：機器人堆垛和水平堆垛機控制，玻璃傳輸控制，線體輥道控制。

訂單設置操作系統：設置機器人碼垛等級控制管理，水平堆垛機碼垛控制管理。

機器人控制系統：與線控進行信號交互，進行線控訂單分配執行，及訂單執行結果反饋，機器人控制，轉臺控制，堆垛工作站狀態反饋至線控。

圖2 控制系統

觸摸屏界面包括自動操作畫面、手動選擇畫面、報警畫面、系統畫面和I/O狀態監視畫面，柜內元器件及布線為板前布置，采用線槽行線，符合國際或國家有關規定，電器元件布置合理有規律，標識明確，使柜內整齊不零亂，元器件不擁擠，實物與圖紙資料相一致，并且耐用、可靠、整齊美觀。

系統具有安全連鎖保護、報警和自動停機功能，在系統總進氣口裝有壓力傳感器實時監控系統壓力，如果氣體壓力小于設備正常工作需要的氣體壓力值，控制系統停止設備工作并報警。系統配備手動急停按鈕，緊急情況下設備切斷輸出執行電源、氣源，確保設備人員安全。

冷端碼垛要求：碼垛精度±2 mm，玻璃表面不能有劃痕，下表面支架處不能有磕痕。

3 鳳陽玻璃機器人堆垛工作站

設備組成：新松SR210D機器人、端拾器、檢測系統、轉臺和控制系統。

3.1 新松SR210D機器人

具有全新開放的自主系統，支持各種應用開發，具有豐富的接口和外部擴展能力，支持視覺、力覺等各種傳感信息，可支持點焊、弧焊、搬運、碼垛、裝配和磨拋等各種應用。針對本項目，開發了機器人的隨動抓取功能，此應用中隨動抓取功能的速度可達1.1 m/s，通過該功能機器人實現了蜻蜓點水式抓取玻璃。

機器人的額定負載能力為210 kg，重復定位精度為±0.2 mm，最大工作半徑為2658 mm，本體重量1400 kg，電源容量8 kVA，防護等級IP67。見圖3。

圖3 機器人系統組成

3.2 端拾器

由鋼結構框架和鋁型材組成高強度的架體，支架向兩側伸縮，滿足大小不同的玻璃的碼垛需求；由真空泵、電磁閥和吸盤組成的真空系統，具有吸真空度高，吸力大的優點；吸盤吸取玻璃時，采用分組控制電磁閥，達到分組控制吸盤的目的，通過升降氣缸來實現控制吸盤桿的升降，從而實現了根據玻璃尺寸來選擇對應的吸盤組去進行工作。

3.3 檢測系統

端拾器上設計安裝的玻璃二次測量檢測裝置組成：行程可讀氣缸、行程可讀氣缸保護罩、光纖傳感器和傳感器支架等。該系統使用壽命長，元件便于更換和易于維護，檢測精度高。設計上每個端拾器包含三組二次測量裝置，既可以抓單片玻璃，也可以抓雙片玻璃，兼顧二分板、三分板和四分板的下片碼垛需求。

3.4 轉臺

單邊承受的重量可達500 kg，具有2個碼垛工作，背對背安裝，轉臺通過變頻器進行運動控制，停止定位由傳感器實現，停止完成后通過定位銷進行固定定位。

4 系統的協同控制

新松機器人通過隨動技術，通過端拾器將玻璃抓取，通過檢測系統得到玻璃在端拾器上的位置，通過先驗模型進行分析校正，確保玻璃高精度堆垛。

控制系統，通過觸摸屏進行操作設置、訂單管理、狀態監視、故障管理等操作。通過PLC實現機器人的工作調度，與上一級控制系統的信號實時傳遞，信號連鎖。

5 機器人堆垛工作站特點

機器人冷端堆垛系統可適應高強度的玻璃碼垛工作，能夠適應現場高粉塵的惡劣環境，并且可以全年365天，每天24小時不間斷的連續生產。通過數據采集和數學分析，建立了模型，通過先驗模型的指導，解決了玻璃易碎、碼垛要求精度高、防霉粉粉塵大等關鍵技術難點問題。使用了新松機器人的堆垛系統的節拍最快時可達到9 S以下，該系統的投入，解決了人工碼垛帶來的各種問題，節省了人工，提高了良品率，為企業帶來效益的同時，也實現了對工人的人文關懷。通過優化分析計算，在生產線上減少了機器人在堆垛系統中的布置數量。經過多次設計計算，廠內測試而選擇的檢測系統，具有檢測精度高，抗粉塵干擾能力強，減少了維修次數降低了損耗，提高了設備利用率，從而為企業帶來了更多的效益。

6 結語

國產機器人成功應用為各浮法線生產廠家增添了選擇，提高了浮法線整線的國產化率，通過了生產的考驗，期望有越來越多的國產機器人能夠加入到此競爭中，以促進行業的健康發展。