制絲物流線機(jī)器人投料方式的改進(jìn)與應(yīng)用

尹招然　王碩　劉曉煬

摘要：玉溪卷煙廠制絲一車間采用流水作業(yè)，各工序點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，機(jī)器人投料作為第一道工序?qū)罄m(xù)物流線上的生產(chǎn)工序有著十分重要的影響，煙箱作為物流線上的重要載體，主要承擔(dān)裝盛和運(yùn)送煙包和薄片的作用。機(jī)器人把煙包分模塊投放到鋼制物流周轉(zhuǎn)箱中，通過物流線把煙包運(yùn)送到真空回潮機(jī)內(nèi)，再通過翻箱進(jìn)入到下行工序，煙箱是生產(chǎn)中不可或缺的重要設(shè)備。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人投料;煙箱;物流線

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0252-03

在生產(chǎn)中，機(jī)器人抓取手（機(jī)器手）將煙包放入煙絲的過程中容易擦破煙箱內(nèi)壁;同時(shí)，機(jī)器手抓取煙包不穩(wěn)同樣會(huì)使煙包墮落損壞煙箱。兩種問題均會(huì)導(dǎo)致煙箱破損產(chǎn)生的雜物進(jìn)入流水線污染煙絲，并使煙箱維修次數(shù)過多，增加設(shè)備維護(hù)成本。為保證卷煙品質(zhì)、降低維護(hù)成本，需要改進(jìn)投料方式，減少煙箱的破損次數(shù)。

本文主要針對煙箱的破損情況進(jìn)行分析，通過改進(jìn)現(xiàn)有的機(jī)器人投料方式，利用統(tǒng)計(jì)方法找到煙包入箱的合理位置;同時(shí)，通過改進(jìn)機(jī)器手的夾緊方式，從而保證煙包準(zhǔn)確、穩(wěn)定地放入煙箱，減少煙包對煙箱的磨損情況。

1 問題分析

1.1 煙包入箱位置不準(zhǔn)確

目前，車間使用的煙箱規(guī)格都是固定的，為：1385×1080×1425（mm），而煙包規(guī)格卻有三種。煙包入箱時(shí)，規(guī)定煙包行進(jìn)方向?yàn)檎较?，煙包左?cè)和煙箱左側(cè)距離為A，煙包右側(cè)和煙箱右側(cè)距離為B，顯示位置如下圖所示。

通過跟蹤統(tǒng)計(jì)30批同牌號煙包之后，得到如下統(tǒng)計(jì)表：

現(xiàn)場調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人投料工序點(diǎn)開包工位處氣缸的尼龍?zhí)酌娣e過小，將會(huì)嵌入到松散煙包中，小煙包在此處停止時(shí)靠前，中等規(guī)格煙包和大煙包靠后，機(jī)械手無法抓住煙包正中央。從而導(dǎo)致了煙包入箱位置不合理，出現(xiàn)擦損煙箱內(nèi)壁的情況。

1.2 ?氣缸載荷能力不足

機(jī)器人開包系統(tǒng)是2002年底裝備制絲車間，當(dāng)時(shí)整個(gè)物流線設(shè)備按照150KG煙包的規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，在氣缸選型上選用了一組缸徑為63的氣缸和兩組缸徑為50的氣缸并聯(lián)組合使用，用于200KG煙包的裝箱已超過設(shè)計(jì)值的33.3%，已經(jīng)達(dá)到了最大值的臨界點(diǎn)，將導(dǎo)致手臂抓緊力不足，容易造成煙包脫落，損壞煙箱。

氣缸載荷能力驗(yàn)算：

KR360機(jī)器人共有3對（6只）手臂用于夾緊煙包，一組缸徑為63的氣缸驅(qū)動(dòng)中部一對手臂，兩組缸徑為50的氣缸分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的兩對手臂，正常情況下，當(dāng)三對手臂都能接觸到煙包時(shí)，其最大靜摩擦力F= f1+f2+f3+f4+f5+f6。

按其設(shè)計(jì)理念，在工作過程中，至少應(yīng)有任意兩對手臂能同時(shí)接觸到煙包從而避免重心不穩(wěn)使煙包脫落，所以在夾緊過程中只有一對手臂能接觸到的變形嚴(yán)重的煙包，不可能對其校正，只能將其手工裝入特殊的標(biāo)準(zhǔn)木箱內(nèi)進(jìn)行機(jī)器人裝箱。

對于氣缸產(chǎn)生的夾緊力，通過查閱了FESTO氣動(dòng)元件產(chǎn)品手冊，在0.6MPa壓縮空氣作用下，其不同型號缸徑的返回力理論值為：

50缸徑：N1=990 （牛頓）

63缸徑：N2=1682（牛頓）

通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，聚氨脂材料與其他材料的摩擦系數(shù)u為0.4---0.6之間，按最小值0.4進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。

f=u*N ?得出原各手臂的理論靜摩擦力為：

f1=396（牛） ?f2=396（牛）

f3=672.8（牛）f4=672.8（牛）

f5=396（牛） ?f6=396（牛）

對于200KG重量的煙包，其重力G=200*9.8=1960（牛），當(dāng)只有兩側(cè)的手臂接觸到煙包時(shí)，其最大靜摩擦力F= f1+f2+f5+f6=1584（牛），F(xiàn)

經(jīng)論證，造成機(jī)器人煙包脫落的主要原因是：最初機(jī)器人氣缸載荷能力不能滿足現(xiàn)狀。

2 解決方案

2.1 確定煙包入箱時(shí)的合理位置

無論何種規(guī)格的煙包，通過增加定位擋板，增大煙包停止時(shí)的受力面積，使煙包在開包工位處停止時(shí)，都停靠在同一位置。若開包工位處停止位確定，只需要根據(jù)不同煙包規(guī)格調(diào)整機(jī)械手上料程序，使煙包盡量放在煙箱中間，就可減少煙包磨損煙箱內(nèi)部篾片的問題。

2.1.1 設(shè)計(jì)定位擋板

通過表1可以看出，不同規(guī)格的煙包在入箱時(shí)，煙包與煙箱的左右側(cè)距離不同，大規(guī)格煙包最容易擦到煙箱左側(cè)，中等規(guī)格煙包很少擦到煙箱，小煙包左右側(cè)距離均比較大，不會(huì)擦到煙箱。擋板要有足夠的受力面積，同時(shí)高度不能超過機(jī)械手夾起煙包后的停頓位置。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)中等規(guī)格煙包的側(cè)面面積最大，為S=650mm×700mm，為保證足夠的阻擋力，擋板受力面應(yīng)盡量接近這一數(shù)值。機(jī)械手夾起煙包后的停止高度H=1280mm，擋板高度應(yīng)小于這一數(shù)值。結(jié)合開包工序處運(yùn)輸輥道支架的實(shí)際情況，我們選擇的擋板面尺寸為650mm×500mm。為加強(qiáng)擋板的強(qiáng)度，還應(yīng)在擋板上加裝三腳架支撐。

擋板示意圖如下所示：

2.1.2 調(diào)整機(jī)械手入箱程序

固定擋板位置后，考慮到三種煙包的不同規(guī)格，同時(shí)兼顧三種煙包入箱位置，通過湊試法改變A、B距離，觀察煙包入箱情況，最終選定將A值增加50mm。這一過程可通過調(diào)整煙包入箱時(shí)的機(jī)械手控制程序來實(shí)現(xiàn)。將坐標(biāo)X值由原來的373.35增加到423.35，程序修改如下：