工业机器人在缝纫机铸件加工中的应用

0引言：

多年来，在缝纫机头加工领域，生产自动化水平还停留在较低的层度。整个加工过程多采用人工进行缝纫机头上下料工作。随着人员成本不断上涨，加工出的产品利润率越来越低。采用人工进行上下料，危险度大、效率低、次品率高等问题一直困扰着生产厂家。为了提高产品性能，降低人工在生产过程中的不利因素，部分生产厂家开始使用机器人进行机头的上下料工作，机器人作为智能装备，具有精度高，稳定性好，柔性化高等特点。通过使用机器人不但可以减低人员成本，提高设备利用率，还可以有效控制产品质量。本文以安徽埃夫特智能装备有限公司开发的ER50-C20工业机器人为应用对象，通过仿真软件，规划机器人工作轨迹路径，实现机器人搬运缝纫机头坯料进行机械加工的过程。结果显示，使用机器人进行上下料不但改善了产品质量，还减轻了员工的劳动强度，同时减低了对员工生产技能的要求。

1、机器人结构及参数

机器人主要由机械本体、驱动部分、计算机控制系统、传感系统、输入/输出系统接口几部分组成。该项目中使用的是埃夫特公司自主研发的ER50-C20机器人，该机器人为6自由度串联机器人。主要参数如下表：

2、项目工艺描述以及分析

2.1工位叙述：

工艺如下:

以上共计6道工序18台机床。

该项目中机器人末端采用柔性补偿器抓手，并附带气路单元、主站PLC等。

根据缝纫机加工工艺以及机床尺寸，该项目共计分为七个工位。第一工位为人工上料工位，主要进行拆垛以及输送。第二工位一台机器人服务四台机床，第三、四工位每台机器人各服务两台机床，第五六工位每台机器人各服务四台机床。第七工位一台机器人服务两台机床，并将加工好的产品进行码垛。（工位间通过转料台转料。第一工位为输料台输送坯料。）整线采用PLC控制，profibus总线通讯，平均上下料节拍25S。详细布局图如图2-1所示：

工位设备包括：输送料道、ER50-C20机器人，机器人用柔性抓手，按钮盒、PLC控制系统、安全防护。

2.2末端执行机构-柔性抓手

根据项目工艺要求，该项目中需要采用柔性抓手，即抓手与机器人之间通过柔性补偿器连接。机器人将工件放置于机床进行加工过程中，由于机床加工要求工件定位精度为0.03mm，定位精度要求较高，而机器人的重复定位精度为+/-0.15mm，如果只采用机器人进行定位则无法满足精确定位要求。为此，在项目中引入柔性补偿机构，如工件与机床工装配合存在位置偏差，柔性补偿器将主动从不同角度对机器人进行补偿，减小工作定位销对机器人的硬接触力。通过使用柔性补偿器，不但可以避免机器人与机床工装硬接触导致的机器人过载，还可以减小机床上工装上定位销的磨损，从而实现高精度产品的上下料工作。由于该项目中，缝纫机头与机床定位销精度要求较高，为避免机器人抓手与机床发生硬接触，抓手上安装了柔性补偿器进行补偿。抓手根据厂家提供的产品数模或实际样品进行设计，样图如图2-2。[page]

3、控制系统工作原理以及仿真。

3.1系统控制逻辑图如图3-1所示：

整个项目采用PLC作为主控单元，通过在人机交互界面上操作以及监控机器人的状态，在进入自动状态下，只需操作按钮站就可实现生产线的启动和停止。PLC通过控制独立的机器人系统以及机床系统进行协调作业。

首先，将电控系统上电，启动PLC，PLC控制机器人以及机床进行自检，机床进行自检，如有故障机床将停止。此时机器人检测是否在等待工作位置，如不在工作位置将停机。如机器人以及机床均在指定位置机器人、料道以及机床将进行协调作业，完成一次工作后，将自动进入下月一次循环。

3.4工位仿真布局图：

通过使用Delmia离线仿真软件，对现场机器人进行三维布局。从而验证机器人柔性抓手以及机器人之间是否存在干涉。同时根据仿真结果测算机器人工作节拍，确认机器人底座高度，各个机床摆放位置，验证机器人可达范围，保证机器人与机床之间最大有效服务距离等工作。详细仿真图如图3-2所示：

3.5机器人示教

通过现场对机器人轨迹记录，位姿修改，IO信号设置，完成机器人与机器人的配合。经过初次调试后，优化机器人运动轨迹，删除部分多余运动轨迹点，缩短机器人信号通讯时间，提高机器人工作效率，并通过设置机器人干涉区，防止机器人间以及机器人与机床的潜在碰撞，提高生产线稳定性。当两台机器人存在潜在碰撞危险时，优先出发第一台机器人进入干涉区信号，防止其他机器人进入潜在碰撞区。

总结：通过使用机器人进行缝纫机头上下料，不但可以降低员工劳动强度，还可以提高产量，降低产品在生产过程中存在的潜在风险。使用机器人生产的缝纫机头，不但加工精度得以保障，而且废品率也大幅降低，产品一致性以及质量远远好于人工生产的产品。