機(jī)器人隨動(dòng)技術(shù)在鑄造行業(yè)懸鏈上下件中的應(yīng)用分析

黃才英，甘 超，劉云云

（湖南中南智能裝備有限公司，湖南長沙 410117）

0 引言

在智能制造高速發(fā)展的背景下，工業(yè)機(jī)器人作為柔性智能制造的關(guān)鍵裝備，已成為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中的主力軍。隨著工業(yè)機(jī)器人、視覺識(shí)別與定位、RFID 識(shí)別等的融合，其應(yīng)用逐步擴(kuò)展到傳統(tǒng)鑄造行業(yè)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化較強(qiáng)、人工作業(yè)環(huán)境較惡劣的領(lǐng)域[1]。

針對(duì)傳統(tǒng)鑄造行業(yè)產(chǎn)品批量大、品種繁多、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差、生產(chǎn)效率低等特點(diǎn)，具備視覺識(shí)別定位功能的機(jī)器人智能工作站能夠很好地解決傳統(tǒng)鑄造企業(yè)招工難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、有安全隱患的問題，同時(shí)為傳統(tǒng)鑄造建設(shè)整廠的智能化、無人化的生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，具有一定的自動(dòng)性，可依靠自身的動(dòng)力能源和控制能力實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能。工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域之中[2]。工業(yè)機(jī)器人基本組成為肘節(jié)式6 軸結(jié)構(gòu)的機(jī)器人本體、控制柜和示教控制器。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中不同的應(yīng)用場景配有不同的機(jī)器人夾具，用于完成工件的抓取和放置。

懸鏈上下件機(jī)器人是在懸鏈上下件環(huán)節(jié)取代了人工完成工件的自動(dòng)掛件與取件功能。機(jī)器人夾具采用液壓夾具，有效提升機(jī)器人搬運(yùn)可靠性，訂制的夾臂能兼容多種工件產(chǎn)品的生產(chǎn)，通用型強(qiáng)，可以滿足混線生產(chǎn)的需求。同時(shí)，為了降低機(jī)械定位精度的需求，工作站配備工業(yè)智能相機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)工件的型號(hào)識(shí)別和尺寸定位。

懸鏈上下件機(jī)器人具有速度快、柔性高、效能高、精度高、無污染等優(yōu)點(diǎn)，主要適應(yīng)的對(duì)象大多為批量重復(fù)性或者是工件質(zhì)量較大以及工作環(huán)境惡劣條件。

2 隨動(dòng)技術(shù)

2.1 隨動(dòng)技術(shù)原理

圖1 工廠實(shí)景圖

隨動(dòng)技術(shù)即機(jī)器人在上下件過程中附加了一個(gè)輸送設(shè)備的速度，在與輸送設(shè)備保持相對(duì)靜止的狀態(tài)上完成上下件動(dòng)作。通過在輸送設(shè)備上安裝一個(gè)能同步轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼器，再把此編碼器的信號(hào)接入到機(jī)器人控制器，再標(biāo)定出輸送設(shè)備的速度與方向，就可以把運(yùn)動(dòng)矢量疊加到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑中，機(jī)器人在上下件的過程中，會(huì)始終有一個(gè)與輸送設(shè)備一致的速度分量來保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。

2.2 隨動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程

硬件方面需要在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)上增加一路編碼器接到機(jī)器人外部軸接口上，再增加一個(gè)快速檢測(cè)信號(hào)，用于觸發(fā)機(jī)器人隨動(dòng)過程。硬件聯(lián)接完成后，需要在機(jī)器人端進(jìn)行配置，定義好名稱，分配相應(yīng)的坐標(biāo)系，然后需通過觸發(fā)信號(hào)標(biāo)定輸送設(shè)備的原點(diǎn)、方向、傳動(dòng)比等，再測(cè)試標(biāo)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最后就可以示教隨動(dòng)程序進(jìn)行隨動(dòng)上下件了。

圖2 隨動(dòng)硬件聯(lián)接原理圖

2.3 隨動(dòng)技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用場景

鑄造行業(yè)根據(jù)工序設(shè)計(jì)和車間規(guī)劃，在清理段普遍采用懸鏈的方式來實(shí)現(xiàn)工件在不同工序間的流轉(zhuǎn)。就存在著工件在懸鏈上的上件和下件需求，傳統(tǒng)作業(yè)方式都是采用人工利用懸臂吊的形式來完成。而通過機(jī)器人隨動(dòng)技術(shù)，可以完全代替人工來實(shí)現(xiàn)同一作業(yè)內(nèi)容，而且更加高效便捷。隨著老一輩的產(chǎn)業(yè)工人逐漸接近退休年齡，鑄造企業(yè)在環(huán)境惡劣的作業(yè)崗位缺人情況日益嚴(yán)重。迫切需要自動(dòng)化設(shè)備來保障生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而工業(yè)機(jī)器人相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，成本逐漸降低，投資回報(bào)已由原來的5～8 年下降到3～5 年，已經(jīng)具備在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行規(guī)模推廣的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

3 隨動(dòng)技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 編碼器的安裝位置

機(jī)器人隨動(dòng)技術(shù)要能準(zhǔn)確應(yīng)用，首先條件是安裝好后的編碼器要能準(zhǔn)確反應(yīng)輸送器的狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中常存在的誤區(qū)就是編碼器安裝在離機(jī)器人工作區(qū)域越近越好，一般懸鏈只有一個(gè)動(dòng)力源，而機(jī)器人工作區(qū)域有可能離動(dòng)力源比較遠(yuǎn)，這樣就會(huì)存在打滑現(xiàn)象，編碼器反應(yīng)的數(shù)值不能代表輸送器真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所以，從實(shí)踐來看，編碼器建議安裝在懸鏈的動(dòng)力源上，能準(zhǔn)確反饋出輸送器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這是后續(xù)隨動(dòng)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)。

3.2 隨動(dòng)標(biāo)定的精度

隨動(dòng)上下件的精度主要取決于標(biāo)定的精度，標(biāo)定主要是確定方向和傳動(dòng)比。首先需要標(biāo)定一個(gè)精度在0.2mm 以內(nèi)的機(jī)器人工具坐標(biāo)系，然后標(biāo)定出輸送器的原點(diǎn)、X 軸方向和XY 平面，再通過由觸發(fā)信號(hào)控制的啟停來標(biāo)定傳動(dòng)比。為了提高精度，需要用游標(biāo)卡尺來測(cè)量輸送器移動(dòng)的距離。在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的標(biāo)定精度要達(dá)到0.5mm 以內(nèi)。

3.3 隨動(dòng)機(jī)器人程序的規(guī)劃

圖3 異常處理示例程序

程序規(guī)劃主要考慮隨動(dòng)的距離和異常情況的安全機(jī)制。程序上隨動(dòng)距離S 的最大值要小于機(jī)器人的可達(dá)范圍，同時(shí)考慮上件節(jié)拍T 與輸送器速度V，機(jī)器人與輸送器速度的穩(wěn)定性都較高，建議設(shè)置的隨動(dòng)最大距離為：S=VT+100mm；異常情況主要考慮在上下件前、上下件時(shí)輸送器突發(fā)停止的處理，需要用標(biāo)識(shí)符來輔助判斷有沒有進(jìn)入隨動(dòng)子程序，進(jìn)而分不同情況進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人、智能相機(jī)、隨動(dòng)編碼器具有可靠性高、兼容性好及自動(dòng)化程度高等顯著優(yōu)勢(shì)，與人工作業(yè)相比，可24 小時(shí)不間斷生產(chǎn)，能在提升企事業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，有效降低企業(yè)生產(chǎn)安全隱患，減少產(chǎn)線工人，降低企業(yè)人力管理成本。

隨動(dòng)技術(shù)在懸鏈上下件中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的自動(dòng)上下線，提高了生產(chǎn)效率，把工人從惡劣、單調(diào)、高強(qiáng)度的勞動(dòng)中解決出來。在人口老齡化逐漸升高的大環(huán)境下，機(jī)器人隨動(dòng)技術(shù)的推廣能有效解決鑄造企業(yè)招工難、生產(chǎn)效率低的難題，助推企業(yè)自動(dòng)化升級(jí)。