唐 鵬

上海煙草(集團(tuán))公司北京卷煙廠，北京 101121

1 工具吸附力不足造成的影響

1.1 現(xiàn)象描述

在日常生產(chǎn)過程中，ABB 機(jī)械手通過安裝在第六軸的抓取工具使煙箱能夠伴隨機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到指定位置。ABB 機(jī)械手每天單臺(tái)次需要完成至少2000 次搬運(yùn)任務(wù)，在搬運(yùn)的過程中如果抓取不穩(wěn)造成煙箱掉落則會(huì)導(dǎo)致ABB 機(jī)械手停機(jī)。通過查閱掉煙停機(jī)記錄發(fā)現(xiàn)，操作人員平均處理一次此類故障的時(shí)間約為5 分鐘，并且在排除煙箱質(zhì)量和封裝等因素造成的掉煙停機(jī)偶發(fā)事件后，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明由于工具吸附力不足造成的掉煙故障報(bào)警每臺(tái)次ABB 機(jī)械手多達(dá)10 次/天并且存在連續(xù)性掉煙的現(xiàn)象，停機(jī)時(shí)間比重達(dá)到4%。因此工具吸附力不足是影響ABB機(jī)械手運(yùn)行效率的因素之一。

1.2 吸取原理介紹

ABB 機(jī)械手在得到拾取信號(hào)后打開空氣閥門向吸盤中的空氣導(dǎo)管吹入正壓風(fēng)。正壓風(fēng)經(jīng)過導(dǎo)管內(nèi)層通道被推送進(jìn)連接在吸盤外部的一個(gè)中間鏤空的圓柱體裝置。此裝置對(duì)正壓風(fēng)進(jìn)行疏導(dǎo)，模擬出類似龍卷風(fēng)的氣流循環(huán)從而使裝置內(nèi)部鏤空部分壓強(qiáng)倍數(shù)小于大氣壓強(qiáng)。這樣在煙箱與吸取面貼緊后通過虹吸原理，由導(dǎo)管外層通道將吸盤內(nèi)部相對(duì)鏤空處壓強(qiáng)較高的空氣導(dǎo)出從而產(chǎn)生真空吸附力抓取煙箱。

1.3 解決措施

首先，我們檢查氣路發(fā)現(xiàn)吸盤的海綿接縫處存在一些橫切裂紋。海綿裂紋處在ABB 機(jī)械手進(jìn)行抓取煙箱時(shí)被拉扯形變使得煙箱和吸盤貼合不密切造成吸力減弱。于是我們更換了新的海綿吸盤并且在海綿連接處加注一層密封膠。雖然在更改完成后掉煙故障有所減少，但是在煙箱封裝正常的情況下連續(xù)性掉煙故障仍然存在。為了徹底解決問題，我們拓展思路將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到負(fù)壓力產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。當(dāng)再次出現(xiàn)連續(xù)掉煙的情況后，我們對(duì)吸盤的吸附力進(jìn)行了細(xì)分化測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示，吸盤不僅整體吸附力出現(xiàn)明顯下降，并且同一塊吸盤不同位置的吸附力出現(xiàn)不平均的現(xiàn)象。于是，我們對(duì)吸盤進(jìn)行了全面的拆解發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管的外層管壁兩個(gè)吸放氣閥門處附著有大量的粉塵顆粒。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粉塵顆粒堆積足以降低氣閥關(guān)閉后的氣密性，使得虹吸作用受到影響造成吸盤整體吸附力下降。并且由于虹吸閥門與兩個(gè)放氣閥門的排列關(guān)系，虹吸口所在的三分之一區(qū)域內(nèi)的氣壓能夠總是保持正常值但是其他兩個(gè)區(qū)域則明顯降低造成煙箱傾斜式掉落。我們?cè)诂F(xiàn)有條件下嘗試通過兩種途徑解決這類問題。一方面，我們通過修改程序，延長ABB 機(jī)械手自清潔時(shí)間。在程序段中找到控制ABB 機(jī)械手關(guān)斷吹氣的條件觸發(fā)語句：

TriggIO trBlowOff，100startGOp：=goBlowOn，0；

其中，數(shù)字100 為關(guān)斷延遲時(shí)間。，我們通過實(shí)際測(cè)算將關(guān)斷時(shí)間延長到200，這樣既不影響下次抓取產(chǎn)生真空的過程又能夠多出一倍的自清潔時(shí)間進(jìn)行放氣閥門除塵。另一方面，我們通過改變吸盤排列順序使得吸力能夠被動(dòng)互補(bǔ)達(dá)到吸取要求。

因?yàn)槊績蓚€(gè)吸盤組成一個(gè)抓取單位吸取一箱煙，所以我們將現(xiàn)有的兩個(gè)虹吸口一字式排列改為對(duì)角式排列。這樣的排列確保在其中一個(gè)吸盤出現(xiàn)吸力不均勻的時(shí)候，另一個(gè)能夠進(jìn)行彌補(bǔ)從而達(dá)到穩(wěn)定抓取的效果。在對(duì)抓取工具進(jìn)行全面優(yōu)化后，再?zèng)]有煙箱掉落的現(xiàn)象發(fā)生，并且延長了抓取工具除塵保養(yǎng)的周期。因此我們的解決措施提高了ABB 機(jī)械手的運(yùn)行效率。

2 機(jī)械手返回初始點(diǎn)功能不完善和操作繁瑣造成的影響

2.1 現(xiàn)象描述

當(dāng)ABB 機(jī)械手執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)的過程中由于煙箱質(zhì)量缺陷或者箱皮吸合面與煙箱本體出現(xiàn)分離現(xiàn)象，ABB 機(jī)械手會(huì)自動(dòng)強(qiáng)制停止運(yùn)動(dòng)并警告人工介入處理。在這種情況下，操作人員需要手動(dòng)對(duì)其進(jìn)行關(guān)斷抓取動(dòng)作并且當(dāng)ABB 機(jī)械手工具處在安全設(shè)定區(qū)域外時(shí)還需要手動(dòng)完成返回初始位置的動(dòng)作。經(jīng)過測(cè)算，操作人員每次需要對(duì)示教器進(jìn)行至少十二步操作最快3 分鐘才能完成，造成ABB 機(jī)械手運(yùn)行效率的降低。

2.2 解決對(duì)策

2.2.1 優(yōu)化回復(fù)初始位置程序

ABB 機(jī)械手在設(shè)計(jì)之初是以28 件煙垛型和30 件煙垛型兩種運(yùn)行模式進(jìn)行程序限定的。當(dāng)執(zhí)行30 件煙垛型任務(wù)時(shí)，煙箱均為直立碼放，高度幾乎與ABB 機(jī)械臂的關(guān)節(jié)極限位移相近；執(zhí)行28 件煙垛型任務(wù)時(shí)，由于上部8 件煙橫放所以高度比30件煙垛型要低。因此ABB 工程師以30 件煙垛型為基礎(chǔ)，僅將拾取站臺(tái)側(cè)的90 度范圍區(qū)域設(shè)定為了安全區(qū)并且禁止ABB 機(jī)械手在碼垛區(qū)自動(dòng)回到初始位置以避免撞煙。但是目前我廠只在運(yùn)用28 件煙垛型，這個(gè)自動(dòng)回到初始位置的區(qū)域?qū)Υ朔N垛型就顯得過于狹小，所以我們可以通過放大安全區(qū)域和簡(jiǎn)化碼垛區(qū)域操作兩種手段來對(duì)回復(fù)初始位置程序進(jìn)行優(yōu)化。

1）增大程序中極限數(shù)值的限定

當(dāng)ABB 機(jī)械手執(zhí)行PP TO MAIN 指令后，會(huì)在程序中調(diào)取坐標(biāo)數(shù)值比對(duì)語句對(duì)當(dāng)前坐標(biāo)值與三維坐標(biāo)系X、Y、Z 極限值進(jìn)行比較。我們利用ROBOTSTUDIO 軟件在MainModule 程序中查找到返回初始點(diǎn)的RHOME 程序塊，將其中設(shè)定極值的語句段進(jìn)行更改，如下圖2 所示：

圖2 修改后極值語句

修改后的程序?qū)D1 中原先設(shè)定的90 度安全區(qū)擴(kuò)展到圖2 所示重新限定的190 度并且能夠保證ABB 機(jī)械手自身運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)死點(diǎn)。這樣ABB 機(jī)械手在安全拾取區(qū)域出現(xiàn)需要PP to Main 的情況時(shí)，都可以自動(dòng)運(yùn)行程序回到初始位置。

2.2.2 設(shè)置常用功能按鍵

在進(jìn)行故障處理和運(yùn)行PP to Main 等操作時(shí)，有一些經(jīng)常使用到的命令。我們對(duì)其中需要繁瑣切換菜單列表才能夠查找到的命令進(jìn)行了總結(jié)歸納，整理出頻繁使用并且最費(fèi)時(shí)的四項(xiàng)操作：三個(gè)真空釋放和指針回零。運(yùn)用示教器上可編程控制按鍵設(shè)置服務(wù)，依次對(duì)設(shè)備自帶的四個(gè)自編程按鍵進(jìn)行編輯指令并且將真空釋放的三個(gè)指令和指針回零分別設(shè)置為脈沖式和松開即完成模式，已達(dá)到在自動(dòng)狀態(tài)下一鍵式完成我們需要的規(guī)定動(dòng)作。按鍵設(shè)置修改完成后既方便了維修測(cè)試也縮短了操作員作業(yè)時(shí)間。

在對(duì)程序及操作進(jìn)行優(yōu)化后，我們測(cè)算了操作人員處理ABB 故障和控制回到初始位置的時(shí)間僅為20 秒鐘，顯著的縮短了ABB 機(jī)械手停機(jī)時(shí)間，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。

3 增加偏移參數(shù)修改項(xiàng)目

3.1 現(xiàn)象描述

在我廠ABB 的控制程序中，對(duì)抓取物的位置設(shè)定只能由物品的長寬高或托盤空間位置的更改進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于ABB 程序的邏輯為累加式計(jì)算法，因此這種調(diào)節(jié)模式不可避免的會(huì)由于煙箱的個(gè)體差異造成同一層每抓之間產(chǎn)生矛盾或?qū)优c層間產(chǎn)生矛盾。由于頻繁的更改參數(shù)而造成大量人力資源的浪費(fèi)及運(yùn)行效率的降低。

3.2 解決辦法

我們通過研讀ABB 技術(shù)手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)可以嘗試在程序中添加可控偏移量的方式對(duì)抓取位置進(jìn)行修改。首先我們?cè)赨NPACKPARTTERN 模塊中加入如下圖所示的控制語句：

即在POS 項(xiàng)目中增加一個(gè)位置偏移數(shù)組并且將參數(shù)的功能定義為對(duì)每一抓取位置的修改。在后續(xù)的TEST NPICKZONE 程序中加入控制語句pTarget ：=Offs(pTarget，nOffsX{nPickZone}，nOffsY{nPickZone}，nOffsZ{nPickZone})；并且此語句必須在原有的RETURN PTarget 語句之前，否則每次修改的參數(shù)值只能使用一個(gè)循環(huán)即被清除為0。

4 結(jié)論

通過討論可以得出上述三點(diǎn)是影響我廠ABB 機(jī)械手運(yùn)行效率不能達(dá)到最優(yōu)化的重要因素。通過針對(duì)性的改進(jìn)參數(shù)、優(yōu)化程序使得ABB 機(jī)械手的運(yùn)行效率得到了較大幅度的提升并且制式化配裝的ABB 機(jī)械手克服了水土不服更個(gè)性化的服務(wù)于我廠。

[1]ABB中級(jí)培訓(xùn)教材.ABB資料.

[2]ABB技術(shù)手冊(cè).ABB資料.

[3]真空技術(shù)吸力的計(jì)算.ABB資料.