姚曉春

摘 要：文章探討了白車(chē)身多車(chē)型零件結(jié)合導(dǎo)航小車(chē)全自動(dòng)上料的應(yīng)用。通過(guò)研究機(jī)器人結(jié)合視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)直接從自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)上抓取白車(chē)身零件的方案，尋找到了一種精益的、改善人機(jī)工程的，從而取代傳統(tǒng)人工取料并上料方式。對(duì)此種全自動(dòng)上料方式的應(yīng)用以及節(jié)省勞動(dòng)力成本等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了歸納?？偨Y(jié)了多車(chē)型全自動(dòng)上料過(guò)程中與之結(jié)合的視覺(jué)及料架等關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)上料;視覺(jué);導(dǎo)航小車(chē);精益;人機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-145-03

前言

如今人們對(duì)改善人機(jī)工程類(lèi)、低成本類(lèi)的新技術(shù)在白車(chē)身區(qū)域應(yīng)用的研究越來(lái)越廣泛。白車(chē)身制造過(guò)程中，傳統(tǒng)的人工取放零件方式，可能存在人機(jī)工程較差或高成本料架制作投入等問(wèn)題。本文將從視覺(jué)系統(tǒng)^[1]、人機(jī)改善的角度，研究白車(chē)身零件結(jié)合自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)的全自動(dòng)上料應(yīng)用^[2]以替代人工物料拖車(chē)，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單循環(huán)作業(yè)，提高生產(chǎn)率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本。

1 傳統(tǒng)上料方式

在車(chē)身車(chē)間生產(chǎn)線，一般采取線旁人工上料方式;通過(guò)人工和機(jī)器人的先后操作順序結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)零件與白車(chē)身一步步的上料及拼焊。

人工上料工位工藝布局規(guī)劃^[3]，如圖1所示，首先線旁物料料架先由物流人員從物流倉(cāng)庫(kù)通過(guò)拖車(chē)送到車(chē)身車(chē)間工位線旁，再由圖中操作人員需從線旁料架中（綠框）取料，然后走到工裝處上料，拍運(yùn)行按鈕Runbar后，由機(jī)器人抓取上主線進(jìn)行焊接等后續(xù)工藝步驟。此種傳統(tǒng)上料方式，需要線旁操作人員與機(jī)器人或工裝相互配合操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 自動(dòng)上料的應(yīng)用背景

目前整車(chē)廠車(chē)身車(chē)間自動(dòng)化率水平已相比以往有明顯提高，但自動(dòng)化應(yīng)用均局限于如焊接、涂膠、扭矩等工藝;對(duì)于車(chē)間內(nèi)物流零件上料工藝，都還停留在人工物流拖車(chē)送料至線旁，車(chē)身零件人工上料至工裝的現(xiàn)狀;為了進(jìn)一步突破并提升零件自動(dòng)化率水平，改進(jìn)物料上線模式，提高物流配送效率，對(duì)超大、超重零件，優(yōu)化人機(jī)工程，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，白車(chē)身零件實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)上料已成為整車(chē)車(chē)身自動(dòng)化率提升趨勢(shì)。自動(dòng)上料系統(tǒng)主要包含AGC小車(chē)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)器人抓手系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)。

2.1 自動(dòng)上料工位零件選用原則

自動(dòng)上料零件一般選擇大零件、并靠近物流的物料存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)LOC;圖2是某工廠物流使用AGC自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)送料并結(jié)合機(jī)器人直接從料架抓料來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)模式全自動(dòng)上料的布局圖。

其中AGC自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)運(yùn)料涉及19種零件，庫(kù)位自動(dòng)抓件涉及11種零件，其體積率高達(dá)54%。其效益顯著，可減少物流人員10名，物料拖車(chē)10臺(tái)，單班可減少生產(chǎn)人員10名，充分展現(xiàn)了智能工廠無(wú)人化的發(fā)展方向。

2.2 AGC系統(tǒng)

AGC（自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)）^[4]，顧名思義，能沿著規(guī)定的引導(dǎo)路線行駛，具備安全保護(hù)以及各種移載的運(yùn)輸小車(chē)（如圖3）。

AGC小車(chē)的組成：AGC本體控制器、驅(qū)動(dòng)單元、磁導(dǎo)航傳感器、地標(biāo)讀取器、觸摸屏、電臺(tái)、電池、激光防撞傳感器。

3 機(jī)器人智能視覺(jué)識(shí)別自動(dòng)抓取上料

車(chē)身車(chē)間采用視覺(jué)抓手機(jī)器人通過(guò)實(shí)時(shí)拍照方式，如圖4，準(zhǔn)確地從AGC自動(dòng)導(dǎo)航小車(chē)進(jìn)入工藝庫(kù)位后的物流料架上自動(dòng)抓取零件至工裝;相對(duì)于人工取件上件方案，減少了操作人員，極大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度;效率提高，能滿(mǎn)足快速/大批量生產(chǎn)節(jié)拍。

3.1 視覺(jué)抓料統(tǒng)一要求

3.1.1 視覺(jué)參考點(diǎn)選取

（1）需要選取四個(gè)特征來(lái)構(gòu)建出一個(gè)四邊形且四個(gè)特征盡量覆蓋較廣范圍，不可太近。

（2）要求特征比較明顯，容易被識(shí)別。

（3）孔加邊角的組合特征相對(duì)于只選取孔作為特點(diǎn)來(lái)說(shuō)更加穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確（如圖5）。

（4）對(duì)于零件較大且又沒(méi)有孔或少孔的零件。則選取沖壓邊角作為特征點(diǎn)（如圖6）。且所有特征孔及棱線要求位置度在+/-1mm。

3.1.2 表面要求

（1）視覺(jué)拍照面不得有特殊顏色標(biāo)識(shí);

（2）視覺(jué)特征附近不得有飛濺^[5]、油污、打磨印;

（3）零件不得有變形。

3.1.3 庫(kù)位自動(dòng)抓件分類(lèi)狀態(tài)

根據(jù)不同白車(chē)身產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)形狀，對(duì)應(yīng)自動(dòng)抓料料架選取主要有三大類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)不同視覺(jué)選取要求。

3.1.3.1 堆疊式

選型時(shí)，要求零件按照包裝數(shù)量能夠正常存放，不會(huì)出現(xiàn)零件變形，零件放置不下去等情況。堆疊后，零件整體偏移要求較少。不能完全遮蔽零件孔。

3.1.3.2 卡抓層疊式

選型時(shí)，要求在視覺(jué)相機(jī)視野內(nèi)，需要至少4個(gè)孔及明顯的棱線特征。否則視覺(jué)特征無(wú)法選擇。

3.1.3.3 懸臂式

側(cè)圍及四門(mén)懸臂式系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定性好。

3.2 視覺(jué)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及解決方案

故障1：?jiǎn)蝹€(gè)或多個(gè)特征曝紅，無(wú)法獲取;

這種故障原因通常有2種：1.零件表面打磨或有贓物，造成特征被干擾。解決方案可通過(guò)控制零件表面不得有干擾因素或適當(dāng)降低辨識(shí)度（一般不得低于75%）;2.曝光不足/過(guò)量，造成畫(huà)面變暗，造成單一特征辨識(shí)度下降。解決方案可通過(guò)調(diào)整曝光值、降低單一特征辨識(shí)度、鏡片清潔。

故障2：特征全部抓取，但偏差過(guò)大;說(shuō)明零件擺放狀態(tài)不良，或料架整體偏差，需重新擺放好零件或更換料架。

故障3：特征全部抓取，偏差在范圍內(nèi)，但result結(jié)果報(bào)錯(cuò);說(shuō)明零件整體來(lái)料變形，即零件的不確定度過(guò)大。

以上是目前自動(dòng)抓料結(jié)合視覺(jué)系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用總結(jié)出的要點(diǎn)及相關(guān)問(wèn)題解決方案。

4 自動(dòng)上料工位尺寸公差分析

零件全自動(dòng)上料系統(tǒng)包含機(jī)器人抓手、視覺(jué)系統(tǒng)、物流料架、物流拖車(chē)Dolly及定位Dock系統(tǒng)各個(gè)要素環(huán)環(huán)相扣，各個(gè)子系統(tǒng)都有其自身公差，全自動(dòng)抓料的實(shí)現(xiàn)，要進(jìn)行各個(gè)要素之間的公差分析，以某工廠車(chē)間實(shí)際運(yùn)用案例，尺寸公差分析如下：

（1）自動(dòng)抓料應(yīng)用中料箱中零件相對(duì)于地面總的公差為（包含車(chē)身DOCK，物流Dolly（TRAY）/Rack，零件各個(gè)環(huán)節(jié)公差）：

①X/Y方向（Vision系統(tǒng)所照射的平面上的位移公差）：+/-20.5mm;

②Z方向（Vision系統(tǒng)照射的景深方向位移公差）：+/-15mm;

（2）車(chē)身Dock與物流Dolly（Tray）接口的總公差控制在+/-3mm之內(nèi)，分析如下：

①車(chē)身側(cè)Dock：

水平進(jìn)入導(dǎo)向或定位開(kāi)檔：+3/-0mm，平行度3mm;水平鎖緊方向：+/-1mm;垂直支撐面水平度2mm;

②物流側(cè)Dolly或Tray：

水平進(jìn)入導(dǎo)向或定位開(kāi)檔：+0/-3mm，平行度3mm; 水平鎖緊方向：+/-2mm;

垂直支撐面水平度分三檔： 3mm（長(zhǎng)度<=1米），4mm（長(zhǎng)度<=2米），5mm （長(zhǎng)度<=3米）。

綜上，結(jié)合視覺(jué)系統(tǒng)自身誤差，車(chē)身工藝抓手的視覺(jué)系統(tǒng)選型識(shí)別誤差&移動(dòng)范圍必須達(dá)到+/-25mm及以上;如圖7，簡(jiǎn)單用一張圖表來(lái)展示自動(dòng)上料工位系統(tǒng)中各個(gè)要素之間的公差鏈關(guān)系

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能化、自動(dòng)化及創(chuàng)新在生產(chǎn)中的逐步應(yīng)用，汽車(chē)車(chē)身車(chē)間的柔性化應(yīng)用越來(lái)越受到重視。降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本是目前所有車(chē)企重點(diǎn)的降本增效方式之一，在車(chē)身車(chē)間對(duì)超大、超重零件，優(yōu)化人機(jī)工程，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有顯著提升;因此大量采用AGC自動(dòng)物流運(yùn)料結(jié)合機(jī)器人抓手視覺(jué)系統(tǒng)自動(dòng)上線造車(chē)將會(huì)是各個(gè)車(chē)企車(chē)身車(chē)間重點(diǎn)推進(jìn)零件自動(dòng)率提升的主要方式。

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