基于RobotStudio 對沖壓生產線的研究

耿永秀，陳 森，戎 丹，詹俊勇

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 223022）

近年來，工業機器人廣泛應用于各種工業生產，例如焊接、搬運、碼垛、切割等[1]。隨著用人成本企高以及對安全性要求的不斷提高，機器人自動搬運應用應運而生。目前搬運機器人軌跡規劃方法主要分為兩類：示教編程和離線編程[2]。示教編程的方法是通過人工經驗和實驗的方法獲得軌跡[3]。離線編程技術則融合工藝要求，自動規劃軌跡，可大大提高效率，實現自動化[4]。利用RobotStudio 軟件計算搬運軌跡是離線編程技術的重點。

1 機器人沖壓生產線的布局規劃

以冰箱門殼件機器人沖壓生產線布局為例，其冰箱門殼件的生產邏輯工序為：沖裁工序→彎邊工序→包邊工序→成形工序。沖壓生產線布局是根據搬運物料形狀尺寸、現場條件等條件決定，該布局規劃中選用六臺IRB/6700/3.2/150 型搬運機器人，其搬運最大覆蓋半徑為3200mm，生產線要求的節拍是8～10 s/件。根據生產線的實際生產場地條件限制及料片尺寸大小，設計生產線布局如圖1 所示。圖中實心圓線代表機器人的最大覆蓋半徑范圍，確保設備工作臺面在機器人的覆蓋范圍內。其中整個生產流程為：雙工位拆垛臺車-磁力分張-拆垛機器人R0-雙料檢測-重力對中-上料機器人R1-1#壓機沖壓-壓機間機器人R2-2#壓機沖壓-壓機間機器人R3-3#壓機沖壓-壓機間機器人R4-4# 壓機沖壓-下料機器人R5-尾皮帶機傳送-人工裝箱。

圖1 整體布局

2 機器人路徑預判

為了有效地完成機器人路徑規劃，需對機器人路徑進行預判，建立一個初步和有效的機器人路徑框架，并根據料片尺寸和沖床工作臺面尺寸，分析其路徑中主要的干涉區域[4]，并將干涉區域設置防碰撞檢測，便于后續路徑規劃過程中進行碰撞檢測和空間可行性分析。通過分析機器人所需完成的任務和運作空間，分別示教相同的拾取點和放置點。但中間點的位置分別是外旋點和內旋點，如圖2、3 所示。

圖2 外旋運動軌跡

3 生產線機器人路徑規劃仿真驗證

利用機器人路徑規劃原理，在RobotStudio 軟件中對其中1 臺機器人路徑進行仿真。仿真設置從沖床沖壓-機器人拾取-等待另外沖床的開啟-機器人放置，再分別示教相同的拾取點和放置點，示教內旋點和外旋點，同步至rapid 中進行編程，設置相同的速度參數。并打開信號分析器和TCP 追蹤器，分別對機器人內旋、外旋進行仿真。進過仿真得出以下結論，內旋軸1-軸5 利用率低，軸6 利用率高，外旋軸4 利用率低，其余軸利用率高，如圖4、圖5 所示。根據圖說明外旋機器人動作較大。再次設定機器人生產時節拍和加速度。通過仿真紅色線內旋節拍為8.6s 和藍色線為外旋的節拍9s，如圖6、圖7 所示。在相同的時間中，紅色內旋的加速度線小于藍色的加速度線。整體比較內旋優于外旋。

圖3 內旋運動軌跡

圖4 內旋機器人數據

圖5 外旋機器人數據

圖6 加速度

圖7 節拍

4 結論

為保證機器人沖壓生產線安全高效工作，本文基于六軸工業機器人自身的運動學原理，并結合沖壓生產線特點，提出了機器人路徑規劃方法，對機器人內旋和外旋兩條路徑進行計算分析，最終選用內旋搬運，并將其路徑規劃結果運用于實際生產中。經實際驗證表明，此方法可靠性高，能夠滿足自動化生產線要求，同時能夠縮短生產線設計周期。該方法對機器人生產線的路徑規劃具有重要參考價值[5-6]。