朱文良

摘要：因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人工作效率高，可以適應(yīng)極端環(huán)境，而且具有可編程優(yōu)勢(shì)，能應(yīng)用于重復(fù)勞動(dòng)需求量大、危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境當(dāng)中。工業(yè)生產(chǎn)中，可利用工業(yè)機(jī)器人完成焊接、噴涂、搬運(yùn)等工作。生產(chǎn)環(huán)境零件拾取同樣也可以用工業(yè)機(jī)器人完成，不但效率高，而且安全性能夠得到保證。在生產(chǎn)線(xiàn)布局過(guò)程，可以根據(jù)生產(chǎn)流程需求，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用展開(kāi)合理設(shè)計(jì)，優(yōu)化生產(chǎn)流程。下文以自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)取件系統(tǒng)中工業(yè)機(jī)器人的布局設(shè)計(jì)為例，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)布局方案和優(yōu)化策略進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn);布局設(shè)計(jì);優(yōu)化策略

引言：部分工業(yè)制造產(chǎn)品具有小批量和多批次特點(diǎn)，特別是鈦合金的熱形成零件制作，國(guó)內(nèi)大多利用人工方式進(jìn)行取件。借助仿真技術(shù)，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人在該領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行分析，能夠根據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)布局要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)器人工位設(shè)計(jì)，解決生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中機(jī)器人數(shù)量過(guò)多產(chǎn)生干涉的問(wèn)題，還能優(yōu)化生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)。

一、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)工業(yè)機(jī)器人布局要求分析

在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中，取件系統(tǒng)是按照經(jīng)驗(yàn)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行選型，并完成工位布局。設(shè)計(jì)過(guò)程，利用實(shí)時(shí)算法，忽略碰撞情況，獲得布局方案。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，碰撞問(wèn)題時(shí)有發(fā)生?？紤]以往設(shè)計(jì)通常將側(cè)重點(diǎn)放在機(jī)器人之間、機(jī)器人生產(chǎn)設(shè)備之間的干涉，并未將末端執(zhí)行器、生產(chǎn)零件、機(jī)器人三者之間的關(guān)系考慮其中。生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化布局，應(yīng)將取件消耗時(shí)間作為基礎(chǔ)，完成工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與布局，并對(duì)其運(yùn)行軌跡進(jìn)行優(yōu)化。如果沒(méi)有考慮機(jī)器人在抓取過(guò)程，零件尺寸對(duì)于生產(chǎn)線(xiàn)布局、機(jī)器人行走軌跡產(chǎn)生的影響，就會(huì)影響生產(chǎn)效率。實(shí)際上，在工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上，機(jī)器人碰撞、抓取零件尺寸均與設(shè)計(jì)布局有關(guān)，也和軌跡優(yōu)化存在直接關(guān)聯(lián)。由于傳統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)方法忽略了機(jī)器人、執(zhí)行器、零件三者之間碰撞問(wèn)題，所以，難以對(duì)其抓取零件的最大化尺寸展開(kāi)優(yōu)化。鑒于此，本研究從以上布局缺陷角度出發(fā)，選擇鈦合金熱形成自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的取件系統(tǒng)作為對(duì)象，利用仿真軟件、計(jì)算軟件完成建模，進(jìn)行碰撞檢測(cè)與可視化分析，設(shè)計(jì)出機(jī)器人自動(dòng)取件系統(tǒng)，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)布局。該生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)零件的尺寸為1.5m×3.5m，單獨(dú)零件質(zhì)量在50kg之以?xún)?nèi)，要求工位機(jī)器人抓取時(shí)間間隔在120s以?xún)?nèi)，末端的抓取精度誤差2mm內(nèi)，生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備適應(yīng)性良好，能夠和各類(lèi)型號(hào)熱成型機(jī)相適應(yīng)，滿(mǎn)足大曲率的零件抓取需求[1]。

二、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)工業(yè)機(jī)器人布局方案

（一）末端執(zhí)行器

末端執(zhí)行器通過(guò)真空吸盤(pán)夾取裝置連接，裝置具有柔性化特征，可應(yīng)用于鈦合金零件的熱形成領(lǐng)域。因?yàn)樯a(chǎn)工況環(huán)境高溫，需要使用末端執(zhí)行器進(jìn)行夾取。工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中的應(yīng)用，應(yīng)該保證其荷載發(fā)揮到極致，同時(shí)，還需控制取件環(huán)節(jié)碰撞問(wèn)題的發(fā)生，保證夾取裝置和工業(yè)機(jī)器人的法蘭盤(pán)距離最小。

（二）流程設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器人取件流程是根據(jù)零件規(guī)格大小、取件方法等完成流程設(shè)計(jì)。小型零件厚度0.5～1.0mm，長(zhǎng)寬0.4m×0.3 m，質(zhì)量介于0～8kg間，曲率在0.1之內(nèi);中型零件厚度0.5～2.0mm，長(zhǎng)寬0.4m×0.3 m～2.6m×1.2m，質(zhì)量介于8～30kg間，曲率在0.15之內(nèi);大型零件厚度0.5～3.0mm，長(zhǎng)寬2.6m×1.2m～3.5×1.5m，質(zhì)量介于30～50kg間，曲率在0.1之內(nèi)。取件方法有兩種，一是正面取件，二是側(cè)面取件。正面取件主要用于中小型的零件，先將其抬起，之后圍繞第1軸，將零件旋轉(zhuǎn)90°，置于零件臺(tái)。利用側(cè)方取件，可先將零件抬高300mm，之后向外平移，圍繞第5軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180°，之后置于零件臺(tái)。

（三）選擇機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人的選型應(yīng)該重點(diǎn)考慮執(zhí)行器的質(zhì)量（G）、零件質(zhì)量（D）、機(jī)器人荷載（P）三方面內(nèi)容，還需要將執(zhí)行器重心到機(jī)器人軸距（X）考慮其中。具體設(shè)計(jì)過(guò)程，因?yàn)闄C(jī)器人夾具的零件相對(duì)較大，所以，當(dāng)其遠(yuǎn)離底座的時(shí)候，也應(yīng)該具備較高荷載，X也是工業(yè)機(jī)器人選型重要限定條件。按照（C+D）·X≤0.5P公式進(jìn)行計(jì)算，利用軟件驗(yàn)證。按照零件尺寸、取件方法對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的臂長(zhǎng)進(jìn)行選擇，并計(jì)算機(jī)器人能夠達(dá)到最遠(yuǎn)距離，結(jié)合荷載選擇型號(hào)，確定自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)布局。小、中型件選擇正面取件方式，分別選擇KR90 R2700和KR220 R3100型機(jī)器人，大型件選擇側(cè)方區(qū)間方式，選擇KR210 R3100型機(jī)器人[2]。

三、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)工業(yè)機(jī)器人布局優(yōu)化策略

生產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)化布局利用仿真實(shí)驗(yàn)完成，將機(jī)器人模型向仿真系統(tǒng)當(dāng)中導(dǎo)入，并為其添加運(yùn)動(dòng)副，對(duì)機(jī)器人從1軸到6軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定義，之后導(dǎo)入執(zhí)行器模型，建立執(zhí)行器工具坐標(biāo)。機(jī)器人的第6軸法蘭綁定工具法蘭，并在工具上設(shè)立中心點(diǎn)，按照生產(chǎn)系統(tǒng)布局布置物料臺(tái)、零件臺(tái)等。向中心點(diǎn)來(lái)添加運(yùn)動(dòng)軌跡，完成機(jī)器人運(yùn)行線(xiàn)路方針，展開(kāi)碰撞檢測(cè)。如果發(fā)生碰撞，可能會(huì)出現(xiàn)紅色區(qū)域，此時(shí)需要對(duì)規(guī)劃路線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，之后重新仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)驗(yàn)證后，優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)其工位動(dòng)作節(jié)奏進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。

結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)上文對(duì)于機(jī)器人、末端執(zhí)行器、生產(chǎn)零件之間的碰撞問(wèn)題展開(kāi)分析，從而建立差異化的取件流程。在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)當(dāng)中，應(yīng)明確工業(yè)機(jī)器人尺寸、零件質(zhì)量和大小之間產(chǎn)生的約束關(guān)系，利用系統(tǒng)完成碰撞檢測(cè)，快速尋找適合自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)工業(yè)機(jī)器人使用的布局方案，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域零件的自動(dòng)化取件，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃卓.工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]楊波.加工中心改造工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的研究與設(shè)計(jì)[J].報(bào)刊薈萃：下， 2018（4）：1.