江效友　杜紀(jì)光

摘 要：文章通過對(duì)ABB機(jī)器人的深入研究，在汽車柔性自動(dòng)化沖擊生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，建立起與之相適應(yīng)的上下料系統(tǒng)，然后對(duì)ABB機(jī)器人進(jìn)行上下料軌跡的規(guī)劃，進(jìn)而利用相關(guān)的軟件技術(shù)對(duì)機(jī)器人自動(dòng)化上下料進(jìn)行離線仿真，同時(shí)為了讓機(jī)器人在上下料方面實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，從而為整個(gè)工作程序提供強(qiáng)大的技術(shù)保證，開展機(jī)器人在線上下料模擬實(shí)驗(yàn)，以確保ABB機(jī)器人沖壓線上下料系統(tǒng)的不斷豐富和完善。

關(guān)鍵詞：ABB機(jī)器人；沖壓線；上下料

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）27-0063-01

沖壓線是汽車企業(yè)中最為核心的技術(shù)環(huán)節(jié)，因?yàn)樵谥圃炱嚨倪^程中汽車的車身的金屬件內(nèi)基本全是沖壓件，而對(duì)著汽車企業(yè)近幾十年的發(fā)展，在取得巨額利益的時(shí)候，大部分的汽車企業(yè)始終保持著單一的生產(chǎn)模式，機(jī)械手高效沖壓線仍然是大型沖壓設(shè)備的主要形式。隨著近年來現(xiàn)代化程度的不斷提高，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最重要的汽車產(chǎn)生和消費(fèi)大國(guó)，人們對(duì)于車型的重視程度越來越高，導(dǎo)致企業(yè)在生產(chǎn)過程中汽車的覆蓋件自動(dòng)化沖壓逐漸從大批量、單一化的剛性生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種的生產(chǎn)模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“一線多用”的沖壓目標(biāo)。

1 機(jī)器人上下料系統(tǒng)的搭建

1.1 機(jī)器人系統(tǒng)的搭建

ABB六自由度關(guān)節(jié)型串聯(lián)機(jī)器人、Flex Pendant示教器、IRC5控制柜、Robot/Robot Ware離線編程軟件和機(jī)器人手冊(cè)共同組成了機(jī)器人系統(tǒng)。

1.2 真空系統(tǒng)的搭建

真空系統(tǒng)的原理與汽車覆蓋面大而輕、薄而堅(jiān)的構(gòu)造相符合。由于目前還沒有端拾期標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與ABB機(jī)器人形成很好的配套，因此，需要工作人員自行選購(gòu)汽車的真空系統(tǒng)元件。具體來說，要堅(jiān)持以下選購(gòu)原則：①在施邁茨真空泵的選擇上，要根據(jù)矩形板料的重量、吸盤的數(shù)量、最小估算尺寸以及氣路耗損等多方面的綜合因素進(jìn)行全面考慮，并且還要能夠提供-85 kPa真空度。②根據(jù)對(duì)以上所選擇的矩形板料的重量、吸盤數(shù)量、最小估算尺寸以及氣路耗損等進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和分析，繼續(xù)選擇直徑為30 mm的真空吸盤。③根據(jù)實(shí)際需求選擇施邁茨真空開關(guān)以及緩沖支桿的數(shù)量，因?yàn)檎婵臻_關(guān)可用來檢測(cè)真空系統(tǒng)的起壓強(qiáng)度，而緩沖支桿則可以有效調(diào)整端拾期的垂向壓縮量。④電磁閥控制氣路的通斷，因本真空系統(tǒng)提供的是負(fù)氣壓，因此不可選取工作壓強(qiáng)為正的先導(dǎo)式電磁閥，而應(yīng)該選擇直通式電磁閥。

1.3 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括端拾器和上下料平臺(tái)。選定端拾器的質(zhì)心位置以及加工材料，以此對(duì)機(jī)器人手腕承載情況進(jìn)行分析；然后根據(jù)吸盤在板料上的不同布置，將端拾器設(shè)計(jì)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；進(jìn)而確定機(jī)器人原點(diǎn)位姿下的工作空間，對(duì)上下料平臺(tái)與機(jī)器人之間的實(shí)際距離進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)；最后，上料平臺(tái)從上到下主要由對(duì)尺桌面、上料托板和支架組成，下料平臺(tái)從上到下主要由模具桌面、下料托板和支架共同組成。

1.4 視覺系統(tǒng)的搭建

將視覺對(duì)中功能加入到?jīng)_壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中，其意義相當(dāng)于將多條用途單一的生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換為1條具備多功能自動(dòng)化特點(diǎn)的生產(chǎn)線，在工作過程中只需調(diào)整視覺對(duì)中程序，ABB機(jī)器人便可對(duì)不同形狀大小的汽車零件進(jìn)行自動(dòng)對(duì)中。這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)被成功應(yīng)用于一些發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造車間中，應(yīng)用過程比較方便，可提高工作效率，為企業(yè)節(jié)省制造成本。但在現(xiàn)階段，我國(guó)的一些汽車制造企業(yè)并沒有研發(fā)出相關(guān)的視覺自動(dòng)對(duì)中技術(shù)，而且由于起步工作較晚、發(fā)展速度較慢，在同行業(yè)之間缺乏專業(yè)的技術(shù)人才作為支撐，此外，發(fā)達(dá)國(guó)家在相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐漸演化為技術(shù)壟斷，同時(shí)費(fèi)用昂貴，在引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)手段時(shí)也會(huì)遭遇相當(dāng)大的阻力。因此，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，機(jī)器人上下料系統(tǒng)技術(shù)在我國(guó)還處于應(yīng)用的初級(jí)階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍然存在相當(dāng)大的差距。

機(jī)器人視覺自動(dòng)對(duì)中技術(shù)的原理為：工業(yè)攝像機(jī)將拍攝到的圖片傳送到PC機(jī)，此時(shí)圖像的處理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)位置、角度、偏差等數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正，然后將比對(duì)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，進(jìn)而再將可調(diào)整的偏差值轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人可以識(shí)別的指令，自動(dòng)調(diào)整機(jī)器人的抓取位置；選擇不同條件下的拍攝狀態(tài)，對(duì)外形尺寸、下料平臺(tái)的對(duì)尺槽精度等綜合因素進(jìn)行全面考慮，然后采用MV-2000UC的彩色攝像頭。

1.5 電氣系統(tǒng)的開發(fā)

分路塊、真空泵、真空吸盤、緩沖支桿等共同構(gòu)成了ABB機(jī)器人上下料的真空系統(tǒng)。

2 ABB機(jī)器人上下料離線仿真實(shí)驗(yàn)

將上下料平臺(tái)和端拾期的三維模型導(dǎo)入到ABB專業(yè)離線仿真軟件環(huán)境當(dāng)中，然后按照預(yù)定位置對(duì)上下料平臺(tái)進(jìn)行安放，由于上料平臺(tái)上的攝像機(jī)支架會(huì)阻礙到機(jī)器人的末端軌跡，因此在安裝端拾期的過程中，要注意將短邊尺寸朝向支架，同時(shí)端拾期的位姿保持不變。

在ABB機(jī)器人進(jìn)行離線仿真的過程中，控制器會(huì)首先向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，然后將得到的相關(guān)信息直接傳送給機(jī)器人，機(jī)器人在接受相關(guān)的指令之后會(huì)在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)指定的位置，由此確保了ABB機(jī)器人在離線仿真實(shí)驗(yàn)中工作的精準(zhǔn)性。

3 ABB機(jī)器人上下料在線模擬實(shí)驗(yàn)

在機(jī)器人進(jìn)行上下料任務(wù)流程圖時(shí)，為了保證其工作的穩(wěn)定性，進(jìn)而有效提高工作的效率和質(zhì)量，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的每段軌跡都要盡量選擇直線。此外，機(jī)器人的法蘭盤要始終與地面互相垂直，這樣可保證吸盤的穩(wěn)固性。取料過程中，端拾器要處于板料的中心處，為了消除偏置荷載和扭矩的不良影響，在運(yùn)行過程中，機(jī)器人的第六軸要主動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行調(diào)整，而端拾器則可保持同一姿態(tài)不變。而且在此期間第六軸與攝像機(jī)的支架之間要保持足夠的安全余量，不可出現(xiàn)多余的停頓點(diǎn)。

為了在傳送物料時(shí)實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，原有的機(jī)器人上下料系統(tǒng)無法真正滿足實(shí)際的上產(chǎn)需要，所以將視覺對(duì)中技術(shù)融合其中之后，形成了沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線，某種程度上大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了企業(yè)的成本開支，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語

沖壓線上下料機(jī)器人系統(tǒng)的搭建工作是一項(xiàng)包含內(nèi)容眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，而沖壓線又是汽車企業(yè)在生產(chǎn)制造中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其工作質(zhì)量的好壞將會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展產(chǎn)生直接的影響。本文根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際要求完成了沖壓線上下料機(jī)器人系統(tǒng)的搭建工作，從汽車零部件的選擇到對(duì)其具體的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，為最終機(jī)器人上下料的模擬實(shí)驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他同等類型的ABB機(jī)器人上下料系統(tǒng)的搭建工作提供了參考。

在完成ABB機(jī)器人上下料系統(tǒng)的搭建工作之后，還要對(duì)其上下料的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行更合理的規(guī)劃，從而從根本上實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上下料的離線仿真系統(tǒng)，模仿真實(shí)的沖壓線生產(chǎn)過程，進(jìn)一步累積機(jī)器人上下料系統(tǒng)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，從而為我國(guó)機(jī)器人上下料技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證和支持。

參考文獻(xiàn)：

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