馮英龍， 羅 軍

（西安航天動力試驗技術研究所， 陜西 西安 710100）

0 引言

隨著生產(chǎn)力的不斷進步， 工業(yè)機器人逐漸取代了人力勞動，已經(jīng)應用到了汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等多個領域，不僅保證了產(chǎn)品質量，提高了生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故，將人力解放了出來。國內(nèi)電力電容器行業(yè)目前正在更新生產(chǎn)工藝， 力求改變過去陳舊的生產(chǎn)方式， 提高自動化生產(chǎn)水平， 積極向德國工業(yè)4.0 方向轉變。 針對上述情況，本文提出了將機器人應用到電力電容器元件包封生產(chǎn)領域的思想， 通過機器人搬運技術的應用取代人工作業(yè)，實現(xiàn)熔絲制作、芯子包封及元件粘接三種工藝流程。 機器人在電容器元件包封中的有效應用是電力電容器行業(yè)發(fā)展的一次重要飛躍， 具有非常重大的意義。

1 系統(tǒng)組成及原理

如圖1 所示， 電容器芯子包封機器人工作站由芯子上料臺、絕緣紙殼放置臺、預包裝臺、膠帶制作臺、熔絲制作機、 包封整形臺、1 號搬運機器人、2 號搬運機器人、包封下料臺等組成。 通過引入機器人控制技術以及真空吸附技術，取代人工進行絕緣紙殼、芯子、熔絲、元件的抓取和放置，最終完成如圖2 所示的元件包封。

具體工藝流程如下： 設備啟動→各工位初始化→真空吸盤將上料臺絕緣紙殼放置到位→1 號機器人夾取紙殼放置到預包裝臺→1 號機器人取芯子放置到預包裝臺→預包裝臺定位完畢→1 號機器人取預包裝產(chǎn)品放置到包封臺→包封臺定位完畢→2 號機器人取熔絲固定到包封臺→膠帶制作臺粘膠帶固定熔絲→膠帶刷平→2 號機器人取包封臺產(chǎn)品→包封臺固定裝置打開→2 號機器人取成品元件放置到下料臺→下料臺輸送產(chǎn)品到指定位置→依次循環(huán)。

圖1 設備組成圖

圖2 產(chǎn)品結構圖

2 機器人硬件的選取

根據(jù)所抓取元件及氣動夾具的重量， 結合工作現(xiàn)場回轉半徑的計算，選取兩臺ABB 生產(chǎn)的IRB-120 型機器人。 其具有結構緊湊、重量輕，易于集成，可靠性強的特點。 主要規(guī)格參數(shù)如表1 所示。

表1 IRB- 120 機器人參數(shù)表

2.1 機器人夾具的設計

將1 號機器人和2 號機器人夾具設計成二合一的氣動機構，可以實現(xiàn)兩種方式的夾取。其中1 號機器人夾具先完成絕緣紙殼的抓取，然后通過電磁閥換向，反向完成電容器芯子的抓取。 2 號機器人夾具首先完成熔絲的抓取， 然后通過電磁閥換向， 反向完成整個成品元件的抓取。 夾具結構如圖3 和圖4 所示。

圖3 機器人1 氣動夾具結構圖

圖4 機器人2 氣動夾具結構圖

2.2 機器人I/O 板的應用

根據(jù)1 號機器人和2 號機器人與外部設備之間輸入輸出點位的計算結果， 兩臺IRB-120 型機器人需分別外配2 塊集成了16 個數(shù)字量輸入信號和16 個數(shù)字量輸出信號DSQC652 板卡與PLC 控制器進行I/O 信號交互[2]，實現(xiàn)多個中間過程的控制。 第一塊板卡在機器人控制柜主板上地址設計時定為10，第二塊板卡與第一塊板卡之間通過DeviceNet 現(xiàn)場總線連接， 端子X5 的6～12 的跳線來決定模塊的地址。 如圖5 所示， 將X5 端子上6、9、11、12 短接，DeviceNet 獲得網(wǎng)絡地址為1×20+1×21+0×22+1×23+0×24+0×25=11，即第二塊DSQC652 板卡對應的機器人控制柜主板地址為11[1]。 通過地址的設定，實現(xiàn)了機器人主板與外配板卡的通訊連接，使兩者融為一體，達到了集中控制的目的。

圖5 DeviceNet 總線連接圖

3 機器人應用軟件的開發(fā)[1]

機器人應用軟件的開發(fā)包括主程序（main）、初始化程序（rInitAll）、路徑程序、中斷程序（tMonitorDI1）、回退程序等的開發(fā)和編寫。

3.1 機器人工作程序的編寫

主程序通過WHILE 條件判斷指令、IF 條件判斷指令等完成，具體程序編寫事例如下：

按照相應運動軌跡和工藝流程，1 號機器人和2 號機器人分段編寫出各自的路徑程序。 程序內(nèi)部由置位指令（SET）、復 位 指 令（RESET）、機 器 人 運 動 指 令（MOVJ、MOVL、Wait Time 等）、I/O 控制指令等組成， 具體編寫應符合現(xiàn)場應用場合。

3.2 機器人回退程序的編寫

由于設備四周遮擋過多， 機器人無法從任意點處直接回到設定原點，每次需手動將機器人調(diào)整回原點，這樣造成了設備操作復雜，且浪費了工作時間。 為此，設計時開發(fā)了機器人回退程序， 保證了機器人從任意點處自動回歸原點。 程序中定義變量m，通過Incr m（加1）指令實現(xiàn)每條路徑語句的計數(shù)，編程時通過For，Test，Case 指令實現(xiàn)回退程序的編寫。 具體程序如下：

4 機器人的應用與原工藝對比

電力電容器元件包封原始加工工藝，即芯子包封、熔絲制作及放置、芯子粘接過程中需要三臺設備，另配三個人來完成。本文通過引進兩臺搬運機器人之后，只需一個人來完成元件包封的生產(chǎn)流程，大大節(jié)約了人力資源。如表2 所示，過去加工每件產(chǎn)品大約需要20 秒，即每小時生產(chǎn)180 件產(chǎn)品。 目前設備加工每件產(chǎn)品大約只需15 秒鐘完成，即每小時可生產(chǎn)240 件產(chǎn)品。 按照每天8 小時工作時間計算，引進機器人之后，每天可多生產(chǎn)480 件，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比，計算可得提高生產(chǎn)效率為： （240×8-180×8）/180×8×100%≈33.3%。

表2 新工藝與舊工藝對比參數(shù)表

5 結論

經(jīng)過在上海思源電器有限公司和山東泰開電力電子有限公司的現(xiàn)場應用證明， 搬運機器人在電力電容器元件包封生產(chǎn)工藝中的應用效果顯著， 所生產(chǎn)的產(chǎn)品一致性和可靠性得到了明顯的提高， 同時減少了人工數(shù)量2人，提高了生產(chǎn)效率達33.3%，經(jīng)濟效益得到明顯提升。這是搬運機器人在元件包封領域的首次應用， 填補了多項技術空白，經(jīng)過調(diào)研，國外目前尚無此種設備應用的記錄，具有重大的推廣意義。