向明波　何忠　朱嘉

摘 要：我車間4臺ABB機器人承擔著全年95%以上的成品卷煙轉(zhuǎn)運工作，每臺機器人每天的任務量相當繁重。在最初的設計中，機器人手爪部分的線纜（包括電路和氣路）為直接相連，在機器人端部六軸旋轉(zhuǎn)時，線纜會隨六軸旋轉(zhuǎn)1周。在旋轉(zhuǎn)過程中，線纜不僅被扭曲，還要被拖緊、放松，進而導致氣路和電路受損。4臺機器人的使用時間已超過8年，其間，由于氣管破裂、電路故障造成的煙包損壞不計其數(shù)。氣管更換、電路恢復對生產(chǎn)的連續(xù)性、車間現(xiàn)場管理的影響巨大。因此，為了解決上述問題，將六軸線纜中的部分安裝結(jié)構(gòu)由固定結(jié)構(gòu)變?yōu)榱丝苫顒咏Y(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：ABB機器人；工作原理；卷煙；運動限制

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.019

目前，國內(nèi)各煙廠均使用直接連接的方式安裝線纜。在使用過程中，存在保養(yǎng)費用高、維修量大和煙包損耗大的情況。而當今機器人的發(fā)展趨勢為：使用越來越靈活、不斷突破運動限制和功能限制；運行穩(wěn)定性不斷提高；作業(yè)成功率逐步攀升。

2012-11-06，中國國際工業(yè)博覽會上推出了新型開門機器人IRB 5350和多個領(lǐng)先的機器人解決方案，展示了ABB在工業(yè)自動化生產(chǎn)和機器人應用領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。

顧純元博士（ABB離散自動化和運動控制業(yè)務部北亞區(qū)及中國負責人）說：“中國目前正處于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要階段，增效節(jié)能是中國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級的重要策略之一。作為全球自動化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導者，ABB通過提供領(lǐng)先的機器人產(chǎn)品、解決方案和幫助客戶大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和工業(yè)生產(chǎn)率，積極推廣了符合中國新能標準的高效節(jié)能電機產(chǎn)品，助力客戶提高能源效率和實現(xiàn)節(jié)能減排的目標?！?/p>

1 工程背景

ABB機器人是一種通用的自動機械，能夠重復、高效地完成一些機械動作，也可以編入不同的程序完成不同的機械動作，從而節(jié)省人力、物力。ABB機器人的核心技術(shù)是其控制系統(tǒng)。機器人控制是一項跨越多個學科的綜合性技術(shù)，它幾乎包含了自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機械工程等多種學科的內(nèi)容。機器人技術(shù)對我國的傳統(tǒng)工業(yè)，對工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和科學技術(shù)的發(fā)展起到了越來越多的推進作用。同時，它對提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、促進企業(yè)產(chǎn)品的柔性化等發(fā)揮了重要作用。

1.1 設備概況

ABB機器人多作用于機械化生產(chǎn)線，不同的ABB機器人有著不同的作用，也有著不同的型號。比如ABB IRB 6640機器人，它具有以下4方面的特點：①有效載荷高。有效載荷為235 kg，適合眾多重型工件的搬運。IRB 6640 ID （internal Dressing）的有效載荷為200 kg。IRB 6640配備第二代TrueMove和QuickMove技術(shù)，機器人的動作更加精確，編程時間較短且工藝效果好。②安裝、維修簡便。此種機器人簡化了鏟車叉槽，機器人的底部空間較大，使維修變得方便。為了方便吊裝，質(zhì)量減輕了約400 kg。③具有多種防護等級，可在不同的環(huán)境中使用，比如鑄造專家型、鑄造加強型和潔凈室型等。④ABB潔凈室型機器人經(jīng)過特殊工藝制造而成，可全面檢測包裝，最大程度地減少操作中產(chǎn)生的微粒。IRB 6640經(jīng)權(quán)威潔凈室研究機構(gòu)IPA認證。

1.2 機器人的生產(chǎn)狀況

機器人的生產(chǎn)狀況可概括為以下6點：①ABB機器人性能總體穩(wěn)定，但有時也會出現(xiàn)一些故障。②當ABB機器人試教盒顯示器、計算機和伺服驅(qū)動板的指示燈亮時，系統(tǒng)可能無法進入初始化狀態(tài)。③ABB機器人會與障礙物碰撞或摩擦。④ABB機器人的零點數(shù)據(jù)丟失，調(diào)零后的工作對接位置不準確。⑤ABB機器人試教方向失去控制、不能正常通電等。⑥現(xiàn)階段，ABB機器人技術(shù)基本根據(jù)自帶的技術(shù)實現(xiàn)，根據(jù)產(chǎn)品出廠說明書指示工作。其中，雖然有些弊端不利于某些企業(yè)生產(chǎn)線上的工作，但已經(jīng)給企業(yè)帶來了經(jīng)濟效益。ABB機器人的工作效率直接影響著生產(chǎn)線的產(chǎn)出率，可決定產(chǎn)品的一致性和優(yōu)良性，并能大大降低生產(chǎn)成本。每臺ABB機器人相當于幾倍人的工作效率，其可靠性也是比人工高。

機器人碼垛的過程為：箱體通過2條輸入傳送帶運送至整形區(qū)域，通過整形機構(gòu)完成整形操作；完成整形的1層箱體運送至機器人抓取工位，并通知堆垛機器人；空托盤通過對應的傳送帶運送至機器人工作區(qū)域中的指定位置；機器人接收到信號后，抓取完成整形的箱體，并將其放置于堆垛工位的托盤上。由于機器人執(zhí)行機構(gòu)為獨立系統(tǒng)，需要將氣路和電路信號傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)上?，F(xiàn)有設備的氣路、電路由普通氣管和電纜組成，在機體外走線至執(zhí)行機構(gòu)，這會導致線纜在機體上頻繁摩擦、扭轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)損傷或斷裂。特別是連接執(zhí)行機構(gòu)的6軸部分尤為明顯，經(jīng)常要隨執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)360°。

2 主要研究內(nèi)容

主要研究內(nèi)容為提高機器人六軸氣路、電路傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并在設備走線和傳輸方式方面進行思考，使機器人執(zhí)行機構(gòu)在執(zhí)行過程中減少線路的摩擦和物理扭轉(zhuǎn)。

3 技術(shù)要點

3.1 機器人六軸氣路中轉(zhuǎn)機構(gòu)的密閉性

如果機器人六軸通氣管道漏氣，會導致抓取壓力不足，進而造成煙包在抓取過程中掉落。

3.2 機器人六軸電路中轉(zhuǎn)信號的準確性

如果機器人六軸電路信號不穩(wěn)定，會導致中轉(zhuǎn)信號不準確，進而造成無法正常搬卸貨物、碼垛和拆垛，使工作無法按時完成。

3.3 機器人運行的安全性和穩(wěn)定性

操縱器運行時，它可能會執(zhí)行一些意外或不規(guī)范的動作，這些動作都會產(chǎn)生很大的力量，進而嚴重傷害工作人員或損壞操縱器工作范圍內(nèi)的任何設備。

機器人手臂系統(tǒng)的質(zhì)量非常大，如果因沒有連接制動閘、連接錯誤、制動閘損壞或任何故障而導致制動閘無法使用，則會產(chǎn)生危險。如果即將發(fā)生危險，則應緊急關(guān)閉設備。

4 項目實施方案

4.1 分析碼、拆垛現(xiàn)場和煙包抓取流程

機器人的標準堆垛工位一般由兩三個輸入線和兩三個堆垛工位組成。作業(yè)時，件煙以豎立姿態(tài)輸入，對于非頂層件煙，機器人手腕以頂吸（或底托叉）的方式一次吸3件或2件，按“3縱2橫+2橫3縱”的方式組成首層，第二層反之，頂層為2次平抓。在頂層機器人單件作業(yè)時，手腕會旋轉(zhuǎn)90°，并以平躺的方式放置頂層件煙。

機器人的標準拆垛工位由2個拆垛工位和1個輸出線（包括翻轉(zhuǎn)機構(gòu)）組成。對于平躺姿態(tài)的件煙，在拆垛時，機器人平行吸取件煙，并直接放置于輸出線上；對于豎直姿態(tài)的件煙，拆垛時，機器人平行吸取件煙，放置于輸出線上的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上，并由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)依次將件煙翻倒輸出。

4.2 中轉(zhuǎn)裝置

中轉(zhuǎn)裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，將A點以前的管路埋入機體，并從機體內(nèi)部穿出，這樣可實現(xiàn)線纜在4軸處隨機體自由旋轉(zhuǎn)；在J，H，G點處設置線纜旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，并加上線纜護套K，可實現(xiàn)手抓執(zhí)行機構(gòu)在旋轉(zhuǎn)過程中的線纜隨機轉(zhuǎn)動，從而使線纜減少扭轉(zhuǎn)次數(shù)。此外，加入線纜旋轉(zhuǎn)護套K后，可避免線纜在機體上摩擦。

4.3 模擬測試

在拆垛一號機器人上進行了實機測試，可滿足運行和安全條件。

5 周邊系統(tǒng)支持

5.1 系統(tǒng)可行性

本地聚集了大量人才，對各種型號的機器人已完全掌握，同時，還具備創(chuàng)新和更深層次的開發(fā)技術(shù)。

5.2 技術(shù)可行性

已熟悉機器人6個軸承及其相關(guān)部件，熟練掌握了機器人的維修和故障排查技巧。

5.3 經(jīng)濟可行性

本地區(qū)具有國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)水平，且得到了當?shù)卣拇罅χС?，企業(yè)管理人員已到位，不存在經(jīng)濟方面的問題。此外，產(chǎn)品的性價比遠遠超過人工生產(chǎn)，還能減少人工的需求，1臺機器人設備就能給本地帶來極大的經(jīng)濟效益。

5.4 法律可行性

本地在購買機器人設備后，已具備對產(chǎn)品的使用和創(chuàng)新的權(quán)利，不存在侵權(quán)等現(xiàn)象。

5.5 驗證

具體驗證數(shù)據(jù)如表1所示。

6 結(jié)束語

通過上述對ABB機器人六軸承穩(wěn)定性的探究，我們對機器人的原理和常見故障有了一定的了解，并可有效解決這些問題，但還有許多未知的問題等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和研究。只有通過不斷的研究和探討，才能使機器人得到更好的運用和維護。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕