工業(yè)機器人在電機行業(yè)高速沖床的應(yīng)用

于曉東　李科　 孫震禮

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽蕪湖，241009）

工業(yè)機器人在電機行業(yè)高速沖床的應(yīng)用

于曉東李科 孫震禮

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽蕪湖，241009）

摘 要本文對電機轉(zhuǎn)子定子加工工藝過程進行分析，以安徽埃夫特智能裝備有限公司自主研發(fā)的ER50-C20工業(yè)機器人為應(yīng)用對象，結(jié)合電機轉(zhuǎn)子定子生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)使用機器人對電機轉(zhuǎn)子定子的自動化加工和生產(chǎn)。結(jié)果表明，應(yīng)用機器人生產(chǎn)電機轉(zhuǎn)子定子大大提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品品質(zhì)也得到有效控制。

關(guān)鍵詞：機器人，電機轉(zhuǎn)子定子，磁性分張器，仿真

0　引言

多年來，在電機轉(zhuǎn)子定子加工領(lǐng)域，生產(chǎn)自動化還停留在較低的生產(chǎn)水平，整個加工過程多采用人工進行上下料工作。隨著人員成本不斷上漲，企業(yè)加工產(chǎn)品的利潤率越來越低，而且人工進行上下料，存在危險度大、效率低、次品率高等問題。為了提高產(chǎn)品性能，降低人工在生產(chǎn)過程中的不利因素，部分生產(chǎn)廠家開始使用機器人進行機頭的上下料工作。

機器人作為智能裝備，具有精度高、穩(wěn)定性好、柔性化高等特點，使用機器人不但可以減低人員成本，提高設(shè)備利用率，還可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。本文以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發(fā)的ER50-C20機器人為應(yīng)用對象，通過仿真軟件規(guī)劃機器人工作路徑，實現(xiàn)機器人對電機轉(zhuǎn)子定子進行機械加工。結(jié)果顯示，使用機器人進行上下料不僅改善了產(chǎn)品質(zhì)量，還減輕了員工的勞動強度，降低了企業(yè)對員工生產(chǎn)技能的要求。

1　機器人結(jié)構(gòu)及參數(shù)

ER50-C20為6自由度串聯(lián)機器人，內(nèi)用高性能IPC加實時系統(tǒng)機器人控制器，可以實現(xiàn)高精度同步控制，機器人具有動態(tài)性能好、定位精度高、維護和系統(tǒng)診斷方便、安全機制更完善等特點。

機器人主要由電控系統(tǒng)以及機械本體構(gòu)成，該項目中機器人末端抓具采用端拾器、磁性吸盤、真空吸盤、真空發(fā)生器組成抓手，并附帶氣路單元、主站PLC等。機器人模型見圖1，主要參數(shù)如表1所示。

圖1　ER50-C20機器人模型

表1　ER50-C20機器人主要性

2　項目工藝分析

機器人進行電機轉(zhuǎn)子定子加工的工藝如下:

機器人在原位等待，人工將板件放到上件位置。上件位設(shè)置定位對中裝置，定位裝置上設(shè)置磁分張裝置，負責(zé)把每個板件分離開，便于機器人抓取，避免誤抓兩層板件。機器人收到?jīng)_床信號和外部啟動信號后，運動到板件上方抓取位置，通過吸盤抓手抓取工件，一次抓取一個工件，運行到?jīng)_床加工區(qū),放入被加工板件，沖床檢測到板件到位信號后開始作業(yè)。沖床加工完成，機器人得到完成信號，

由機器人運動到下件位置，進行工件的堆放，放滿一定高度后，由人工將板件取走。下料位置放件區(qū)設(shè)置安裝檢測開關(guān)，每次放件時必須確認該區(qū)域是否放置滿，如沒有放置滿可以進行放件作業(yè)。機器人要避免碰撞，放置完成后再回到上件抓取位置進行下一作業(yè)抓取。以此循環(huán)。

長度單位：mm圖2　整線平面布局圖

圖3　機器人抓手

整線采用PLC控制，profibus總線通信，平均上下料節(jié)拍14s，詳細布局圖如圖2所示。

3　抓具及磁性分張器

3.1 抓具

項目中使用的機器人抓手可以根據(jù)廠家提供的產(chǎn)品數(shù)?；?qū)嶋H樣品進行設(shè)計，抓具采用端拾器磁性吸盤和真空發(fā)生器組成，詳細結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2磁性分張器

在汽車、家電、工程機械等鋼鐵薄板應(yīng)用行業(yè)，碼垛后的各層鋼板之間由于存在油膜或真空負壓現(xiàn)象，最上層鋼板不易取起，必須在垛料的側(cè)面和端面放置磁力分張器，通過其強大的同極性磁力，使最上層鋼板與下層板料相互排斥而產(chǎn)生15mm以上的大間隙，以便抓具逐層取用板料。

本項目采用磁性分張器把每個板件分離開，便于機器人抓取，以免其誤抓兩層板件，損壞高速沖床，磁性分張器示意圖如圖4所示。

4　機器人控制系統(tǒng)

整個工位設(shè)備包括：上料臺、下料臺、ER50-C20機器人、機器人用磁性吸盤抓具、按鈕盒、PLC控制系統(tǒng)、磁性分張工裝以及安全防護設(shè)施。

4.1系統(tǒng)控制

單臺機器人控制流程圖如圖5所示。

4.2工位仿真布局

通過使用DELMIA離線仿真軟件，對現(xiàn)場機器人進行工藝細節(jié)規(guī)劃，并對應(yīng)用環(huán)境及產(chǎn)品、工裝的三維模型進行仿真驗證，從而驗證機器人抓手以及機器人與高速沖床之間是否存在干涉。同時，根據(jù)仿真結(jié)果測算機器人

上下料工作節(jié)拍，確認機器人安裝尺寸，各個機床擺放位置，驗證機器人可達范圍，保證機器人與機床之間最大有效服務(wù)距離等。詳細仿真圖如圖6所示。

4.3機器人示教

人工通過機器人手持示教器對該項目軌跡編寫記錄，進行機器人位姿修改、拆垛碼垛相關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)置、IO信號交互相關(guān)設(shè)置，完成機器人與機器人的配合。經(jīng)過初次調(diào)試后，再優(yōu)化機器人運動軌跡，刪除部分多余運動軌跡點，縮短機器人信號通信時間，提高機器人工作效率，并通過設(shè)置機器人干涉區(qū)，防止機器人之間以及機器人與機床的潛在碰撞，提高生產(chǎn)線穩(wěn)定性。當(dāng)兩臺機器人存在潛在碰撞危險時，第一臺機器人優(yōu)先發(fā)出進入干涉區(qū)信號，防止其他機器人進入潛在碰撞區(qū)。

圖4　磁性分張器　長度單位：mm

圖5　單臺機器人控制流程圖

圖6　機器人三維布局圖

5　總結(jié)

使用機器人進行電機行業(yè)轉(zhuǎn)子定子上下料工作，可以完成2臺高速沖床的上下料作業(yè)，整個項目不但降低了員工勞動強度，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，并降低了產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在的潛在風(fēng)險，不但加工精度得以保障，而且廢品率也大幅降低，產(chǎn)品一致性以及質(zhì)量遠遠高于人工生產(chǎn)的產(chǎn)品。