實(shí)現(xiàn)對(duì)KUKA機(jī)器人故障維修的快速響應(yīng)

摘 要：本課題通過(guò)對(duì)KUKA機(jī)器人在高架庫(kù)系統(tǒng)中的應(yīng)用和程序進(jìn)行研究，在KUKA Control Panel（KCP）上對(duì)各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注，制作KCP操作指導(dǎo)書(shū)，優(yōu)化任務(wù)模式切換，設(shè)計(jì)任務(wù)處理程序，從而大幅縮短了維修人員對(duì)KUKA機(jī)器人故障的判斷和維修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)KUKA機(jī)器人故障維修的快速響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：KUKA機(jī)器人；參數(shù)標(biāo)注；操作指導(dǎo)；任務(wù)程序優(yōu)化；煙草類(lèi)

文章主要通過(guò)研究KUKA機(jī)器人的任務(wù)類(lèi)型，結(jié)合KUKA Control Panel（KCP）上軟件的使用，對(duì)任務(wù)模式切換的指導(dǎo)，對(duì)程序的優(yōu)化改進(jìn)，使對(duì)KUKA機(jī)器人故障判斷更加快速有效，減少KUKA機(jī)器人的維修時(shí)間，使KUKA機(jī)器人故障引起的停機(jī)時(shí)間大幅縮短，實(shí)現(xiàn)對(duì)KUKA機(jī)器人故障維修的快速響應(yīng)。

我國(guó)的煙草行業(yè)自2003年工商分離的十二年來(lái)，致力于推進(jìn)科技創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新，通過(guò)產(chǎn)品知名度、美譽(yù)度、安全度的提高，卷煙銷(xiāo)量平穩(wěn)發(fā)展，銷(xiāo)售結(jié)構(gòu)合理上升，煙草行業(yè)發(fā)展前景更加廣闊。浙江中煙杭州卷煙廠在卷煙上水平的大趨勢(shì)下，大刀闊斧，“十一五”技改項(xiàng)目于2012年正式投產(chǎn)啟用，標(biāo)志著全國(guó)乃至全世界一流卷煙生產(chǎn)基地的誕生，實(shí)現(xiàn)了卷煙生產(chǎn)制造自動(dòng)化全覆蓋。杭州卷煙廠制絲車(chē)間抓緊技改契機(jī)，引進(jìn)了當(dāng)前世界最先進(jìn)的物流系統(tǒng)以及煙葉制造裝備，例如Swisslog高架庫(kù)物流系統(tǒng)、德國(guó)KUKA機(jī)器人、Garbuio翻箱機(jī)器人等，全面步入自動(dòng)化、智能化的工業(yè)4.0時(shí)代。

文章主要針對(duì)其中的關(guān)鍵設(shè)備—KUKA機(jī)器人進(jìn)行了相關(guān)的分析和研究，通過(guò)一系列優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)KUKA機(jī)器人故障維修的快速響應(yīng)。

杭州卷煙廠高架庫(kù)物流系統(tǒng)中采用的機(jī)器人手臂是由德國(guó)KUKA公司生產(chǎn)。制絲車(chē)間CT1（葉絲高架庫(kù)）、CT2（成絲高架庫(kù)）各自配備兩臺(tái)KUKA機(jī)器人，主要用于拾取、放置進(jìn)出高架庫(kù)煙箱的箱蓋。其主要組成部分如下圖所示。

機(jī)器人A6軸上安裝特制的夾具，通過(guò)夾具上鉤爪的伸縮夾取煙箱箱蓋。夾具上裝有8個(gè)吸盤(pán)，連通負(fù)壓管道，用于輔助吸取煙箱箱蓋。負(fù)壓管道通路中安裝有負(fù)壓檢測(cè)裝置，對(duì)機(jī)器人在夾取箱蓋時(shí)的負(fù)壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否出現(xiàn)夾取故障。

KUKA機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，在KCP上可以隨時(shí)查看程序的運(yùn)行過(guò)程，查看各個(gè)輸入輸出節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，查看當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)類(lèi)型。經(jīng)過(guò)對(duì)KUKA機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的觀察，同時(shí)總結(jié)之前出現(xiàn)的問(wèn)題和積累的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)KUKA機(jī)器人KCP上顯示的部分輸入輸出節(jié)點(diǎn)的功能與廠家提供的設(shè)備說(shuō)明書(shū)有較大出入，在操作、維修過(guò)程中容易引起操作、維修人員對(duì)相應(yīng)功能認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致操作失誤、維修進(jìn)程陷入僵局等問(wèn)題。另外，KUKA機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，主程序會(huì)停在相對(duì)應(yīng)的報(bào)警程序內(nèi)，但是由于缺乏相應(yīng)注釋，無(wú)法對(duì)程序進(jìn)行閱讀，導(dǎo)致無(wú)法第一時(shí)間了解故障信息，從而延長(zhǎng)了故障判斷時(shí)間，導(dǎo)致維修效率降低。

如果對(duì)程序內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單標(biāo)注，使操作、維修人員能夠?qū)Τ绦蚝?jiǎn)單閱讀，及時(shí)了解相關(guān)故障信息，就能根據(jù)故障信息快速處理問(wèn)題。所以通過(guò)對(duì)KUKA機(jī)器人的操作方式和功能進(jìn)行完整驗(yàn)證，明確操作規(guī)范，對(duì)操作方法進(jìn)行完善，對(duì)各個(gè)輸入輸出節(jié)點(diǎn)的功能內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，并在KCP上進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，同時(shí)對(duì)機(jī)械手程序添加詳細(xì)注釋，提高程序可讀性。為KUKA機(jī)器人制作現(xiàn)場(chǎng)操作說(shuō)明書(shū)，現(xiàn)場(chǎng)可隨時(shí)查閱。通過(guò)這些舉措，方便操作人員和維修人員能夠快速判斷機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)和故障類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)對(duì)KUKA機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行過(guò)程從始至終進(jìn)行貫通。

KUKA機(jī)器人正常運(yùn)行一般有兩種運(yùn)行模式—“半程模式”和“全程模式”。當(dāng)2臺(tái)機(jī)器人都正常運(yùn)行時(shí)，處于“半程模式”狀態(tài)。此時(shí)，2臺(tái)機(jī)器人同時(shí)工作，分別控制左右兩個(gè)輸送線區(qū)塊上煙箱箱蓋的拾取和放置任務(wù)。當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障需要維護(hù)時(shí)，為保證物流系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行，需要由另一臺(tái)完好的機(jī)器人對(duì)整個(gè)區(qū)塊的煙箱箱蓋任務(wù)進(jìn)行全面覆蓋，這時(shí)運(yùn)行中的機(jī)器人處于“全程模式”狀態(tài)。在出現(xiàn)外部非正常停止故障（機(jī)器人夾具與箱蓋發(fā)生碰撞等）引起的CPU程序中的任務(wù)中斷，將導(dǎo)致機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行出現(xiàn)停滯，進(jìn)而無(wú)法正常執(zhí)行后續(xù)其他煙箱的取蓋或放蓋任務(wù)，將直接導(dǎo)致煙箱在輸送線上停止運(yùn)輸，造成物流系統(tǒng)停止運(yùn)行。在故障機(jī)器人無(wú)法及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行“半程—全程”模式切換。但是由于殘留任務(wù)的存在，經(jīng)常導(dǎo)致模式切換不成功，從而無(wú)法對(duì)機(jī)器人故障維修進(jìn)行快速響應(yīng)，對(duì)高架庫(kù)物流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大影響。

針對(duì)這一問(wèn)題，我們決定對(duì)模式切換過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行模式切換時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，切換的前提條件非常復(fù)雜，對(duì)任務(wù)處理的要求非常嚴(yán)格。在將“半程”切換為“全程”模式時(shí)，需要將故障機(jī)器人的未完成任務(wù)進(jìn)行手動(dòng)完成。在“全程”切換為“半程”時(shí)，需要整個(gè)高架庫(kù)庫(kù)區(qū)的輸送線沒(méi)有提出煙箱箱蓋拾取或放置的任務(wù)要求。所以，在切換時(shí)需要對(duì)KCP上的輸入輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行觀察和更改，使其滿足切換條件后才能完成模式切換。為了實(shí)現(xiàn)順利切換運(yùn)行模式，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累，與廠家交流溝通后，制作了詳細(xì)的機(jī)械手“半程—全程”模式切換說(shuō)明書(shū)，置于運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)。在進(jìn)行模式切換時(shí)，依據(jù)此說(shuō)明書(shū)，可判斷切換條件是否滿足，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手運(yùn)行模式切換的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，確保切換過(guò)程順利進(jìn)行，使物流系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常。

同時(shí)，由于在模式切換時(shí)對(duì)當(dāng)前的任務(wù)狀態(tài)有所要求，如果任務(wù)未完成，形成任務(wù)殘留，則需要手動(dòng)操作完成任務(wù)（包括拾取箱蓋或釋放箱蓋）。而手動(dòng)操作完成任務(wù)需要多名人員配合，在很大程度上影響了切換速度。通過(guò)深入研究，對(duì)KCP中程序語(yǔ)言的融匯貫通，我們?cè)O(shè)計(jì)了一段任務(wù)復(fù)位程序（atreset），在CPU任務(wù)執(zhí)行意外中斷后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人當(dāng)前任務(wù)的復(fù)位操作，滿足模式切換要求。

經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，該程序能很好的復(fù)位殘留的未完成任務(wù)，將其返回PLC重新進(jìn)行任務(wù)分配，無(wú)需手動(dòng)完成，從而滿足模式切換的必要條件，使模式切換更加流暢有效。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)前機(jī)器人的維修時(shí)間平均為每月50分鐘，造成高架庫(kù)物流系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)間為每月30分鐘，進(jìn)而引起喂絲站停機(jī)的時(shí)間為每月15分鐘。改進(jìn)后機(jī)器人的維修時(shí)間縮短為每月13分鐘，造成高架庫(kù)物流系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)間為每月8分鐘，引起喂絲站停機(jī)時(shí)間為每月5分鐘，改進(jìn)前后平均每月縮短了10分鐘的停機(jī)時(shí)間。制絲車(chē)間一共有5個(gè)喂絲站，每個(gè)喂絲站擁有4臺(tái)喂絲機(jī)，每臺(tái)喂絲機(jī)平均對(duì)2臺(tái)卷包機(jī)臺(tái)進(jìn)行供絲。以HAUNI PROTOS-M8卷煙機(jī)20000支/分鐘生產(chǎn)能力來(lái)算，相當(dāng)于每月為公司增加了20000？鄢4？鄢5？鄢10=4000000支的卷煙生產(chǎn)量。

綜上所述，通過(guò)對(duì)本課題的實(shí)施，我們優(yōu)化了KUKA機(jī)器人的人機(jī)交互功能，改善了故障判斷方式，優(yōu)化了維修模式，縮短了維修時(shí)間，提高了對(duì)KUKA機(jī)器人故障維修的響應(yīng)速度，保障了整個(gè)高架庫(kù)物流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為車(chē)間乃至公司有效地增加了生產(chǎn)能力。