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        機床上下料機器人工作站的設計與運行

        2021-02-22 06:47:26林雁飛朱洪雷
        機電信息 2021年5期

        林雁飛 朱洪雷

        摘要:在傳統(tǒng)機械加工行業(yè)中融入工業(yè)機器人實現(xiàn)加工過程的全自動化,是當前產(chǎn)業(yè)轉型升級的熱點?,F(xiàn)基于RobotStudio 6.07仿真軟件,結合SOLIDWORKS,創(chuàng)建了機床上下料機器人工作站。同時,對工作站各部件的模型及動態(tài)設計、機器人程序設計和工作站的調試與運行進行了分析,具有一定的研究價值和實際應用意義。

        關鍵詞:機床上下料機器人;RobotStudio;Smart組件;SOLIDWORKS

        0 引言

        傳統(tǒng)的機械加工行業(yè)因生產(chǎn)效率低、勞動強度大以及安全防護不足等原因,逐漸被集物料搬運、傳送、加工、檢測于一體的柔性制造系統(tǒng)替代。柔性制造系統(tǒng)是指由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設備組成,能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System,F(xiàn)MS)[1]。它由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起一些設備,包括工業(yè)機器人、數(shù)控機床、傳送鏈、立體倉庫、RFID等,系統(tǒng)通過工業(yè)機器人把工件送到各加工設備,使工件加工準確、迅速并實現(xiàn)了自動化。工業(yè)機器人作為FMS系統(tǒng)的一個重要組成構件,是傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造產(chǎn)業(yè)升級的不可替代的重要裝備。機床上下料機器人取代人工,配合數(shù)控機床實現(xiàn)加工過程中零件的抓取、上下料、清掃、打磨、工件翻轉等工作,極大地節(jié)約了人工成本,有效減少了生產(chǎn)過程中的人為安全隱患,提高了生產(chǎn)效率。隨著加工效率的不斷提升,越來越多的生產(chǎn)制造廠將工業(yè)機器人引入實際生產(chǎn)中。工業(yè)機器人在機床上的應用必定成為未來的一大發(fā)展趨向[2]。

        工業(yè)機器人離線編程是利用計算機圖形學,在專門的軟件環(huán)境下構建機器人及其工作環(huán)境的幾何模型,并通過規(guī)劃算法對圖形進行控制和操作,在離線狀態(tài)下對工作站工作過程進行控制。離線編程軟件分為通用型和專用型兩種,從應用的角度出發(fā),當明確機器人品牌時,優(yōu)先考慮專用型編程軟件。ABB RobotStudio離線編程軟件是采用了ABB公司的VirtualRobotTM技術,對ABB工業(yè)機器人的工作站進行了虛擬現(xiàn)實的構建,通過可視化及可確認的解決方案和布局來獲得實際產(chǎn)品的可行性分析,是一款應用很廣的ABB工業(yè)機器人專用仿真軟件[3]。本文基于RobotStudio 6.07仿真軟件,選取ABB IRB2600機器人進行工作站的布局。

        1 機床上下料機器人工作站部件設計及布局

        本設計實現(xiàn)了機械加工的全流程柔性生產(chǎn),充分體現(xiàn)了智能制造的全自動化特性。工作站系統(tǒng)由工業(yè)機器人、立體倉庫、AGV小車、滑軌、取料機、數(shù)控機床等部件組成,工作站布局如圖1所示。由于機床上下料機器人工作站部件繁多,軟件系統(tǒng)中自帶的模型庫無法滿足設計需求,因此本設計采用SOLIDWORKS軟件對各部件進行創(chuàng)建。SOLIDWORKS軟件以其優(yōu)異的性能、易用性和創(chuàng)新性,極大地提高了機械設計的效率和質量,目前已成為主流3D CAD軟件市場的標準[4],其與RobotStudio軟件的兼容性,使得更為復雜的工作站設計成為可能。

        1.1? ? 機器人及底座選型

        結合機床上下料機器人的工作流程,本設計選取了ABB IRB 2600六軸機器人,這是一款中型搬運機器人,載荷量高達20 kg,常用于物料的搬運、上下料、弧焊等,具有同類產(chǎn)品中最高的精確度及加速度,可確保產(chǎn)量高及廢品率低,從而提高生產(chǎn)率[5]。在本工作站中,工業(yè)機器人在工件搬運過程中,需要往返于4臺數(shù)控機床與立體倉庫之間,采用滑軌控制工業(yè)機器人的位移,而滑軌與機器人之間需配置專用的底座IRBT 2005,以保證機器人位移時的穩(wěn)定性與到位精度。

        1.2? ? 機器人夾具設計

        本設計中的上下料機器人需要同時兼顧4臺機床的上下料工作,機床面向滑軌對立布局,結合生產(chǎn)過程,考慮到整個系統(tǒng)運行的效率及設計難度,設計采用雙夾具模式,在工業(yè)機器人法蘭盤的末端裝上兩套夾具,如圖2所示。這樣,第一次上料時,工業(yè)機器人到位后,可以同時給對立位的兩臺機床上料,而加工過程中,對一臺機床可以同時完成上料與下料的工作,最后完成加工時,也能做到兩臺機床同時下料,大大減少了機器人往返倉庫與機床的次數(shù)。不僅如此,機器人采用氣壓傳動的方式,反應速度快,安全性和可靠性強,能耗小,大大節(jié)約了運行成本。在設計中需要創(chuàng)建夾具的機械裝置及Smart組件,實現(xiàn)軟件仿真的動態(tài)演示,夾具的Smart組件設計如圖3所示。

        1.3? ? 數(shù)控機床的Smart組件設計

        工作站創(chuàng)建了FEELER TV-510數(shù)控機床的整體部件,數(shù)控機床的主體部件在SOLIDWORKS軟件中完成裝配,導入RobotStudio后,設置氣動防護門、液壓卡盤,防護門開關和卡盤松緊分別由氣動電磁閥控制,防護門上裝有感應開關,用于發(fā)出車床門關閉到位信號、車床門打開到位信號。數(shù)控機床裝配如圖4所示,對數(shù)控機床的防護門、加工軸承、加工夾具等進行了Smart組件的設計,如圖5所示。

        1.4? ? 立體倉庫的Smart組件設計

        如圖6所示,立體倉庫主要由取料機、貨架、料盤等部件組成,取料機到達取料點時,發(fā)出到位信號,倉庫配置的氣缸將料盤推出到取料機的托臺上,取料機運行到機器人取放點。加工以一個料盤為單位循環(huán)進行,設計中將供料和成品分置于同一料盤的不同位置,左邊放毛料,右邊放成品,結合工業(yè)機器人的雙夾具設計,可同時實現(xiàn)取料和放料,減少了機器人在供料倉與出料倉之間的流轉,提高了工作效率。

        2 機床上下料機器人工作站的仿真設計

        2.1? ? 機器人程序設計

        根據(jù)機床上下料機器人工作站的工作流程,設計機器人程序。在用戶程序Module1模塊下,采用例行程序的方式對機器人的工作進行系統(tǒng)劃分,有助于理清控制思路。其中,主程序main()主要通過條件判斷進行例行程序的調用,還有料盤位物料的搬運與碼垛程序chang_pick()和change_put(),機床位毛料的上料程序put()和成品的下料程序PICK(),四臺機床的上下料程序machine_toolA、machine_toolB、machine_toolC和machine_toolD,復位程序fuyuan()等,如圖7所示。同時,機器人的位置示教點可以通過路徑規(guī)劃實現(xiàn),不同的工藝過程用不同的路徑進行分類,便于修改調整,如圖8所示。

        2.2? ? 工作站調試與運行

        機床上下料機器人程序設計完成后,需要創(chuàng)建工作站邏輯信號,這是工作站調試的重要步驟。將工作站中的其他動態(tài)部件在Smart組件設計時創(chuàng)建的信號,與機器人的輸入輸出信號進行聯(lián)結,只有實現(xiàn)外圍設備與機器人的通信,才能實現(xiàn)工作站的動態(tài)運行。工作站邏輯設計如圖9所示。

        3 結語

        隨著智能制造的發(fā)展,工業(yè)機器人越來越多地介入到傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中,成為產(chǎn)業(yè)轉型升級的核心力量,逐步形成了“工業(yè)機器人+”的發(fā)展模式。本設計應用SOLIDWORKS、ABB RobotStudio等仿真軟件信息化手段,對機床上下料機器人工作站進行了仿真,立體化展現(xiàn)了工作站的運行過程,對工業(yè)機器人系統(tǒng)集成的各個環(huán)節(jié)進行了驗證,為后續(xù)的真實場景搭建提供了有效方案。

        [參考文獻]

        [1] 百度百科.柔性制造系統(tǒng)[EB/OL].[2020-10-10].https://baike.baidu.com/item/柔性制造系統(tǒng)/1288288?fr=aladdin.

        [2] 熊雋.IRB1410型機床上下料機器人設計[D].成都:西南交通大學,2016.

        [3] 朱洪雷,代慧.工業(yè)機器人離線編程(ABB)[M].北京:高等教育出版社,2018.

        [4] DS SOLIDWORKS公司.SOLIDWORKS零件與裝配體教程(2016版)[M].杭州新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司,譯.北京:機械工業(yè)出版社,2016.

        [5] 機器人在線.最先進的工業(yè)機器人abb IRB2600資料[EB/OL].(2018-08-14)[2020-10-10].http://www.imrobotic.com/news/detail/7225.

        收稿日期:2020-12-02

        作者簡介:林雁飛(1979—),女,福建福州人,講師,研究方向:工業(yè)機器人應用技術、微電子集成電路。

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