馮 鋒

（江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 淮安 223001）

引言

在機器人生產(chǎn)作業(yè)中，為提升機器人作業(yè)效率，要求為機器人提供最優(yōu)化路徑規(guī)劃方案。近年來，研究學者深入分析了機器人路徑規(guī)劃，包括曲占奎提出A加算法，針對機器人路徑規(guī)劃采取全局路徑分析法；宋金華利用三次樣條插值法，針對末端位置進行迪卡爾空間軌跡規(guī)劃分析；劉建華利用以群算法提出柵格地圖，可顯著提升機器人障礙物規(guī)避能力。在工業(yè)應用中，要想提升機器人作業(yè)效率，要求機器人處于下降空間內(nèi)，完成搬運物料、轉(zhuǎn)移等循環(huán)性復雜作業(yè)。但由于多種因素限制，現(xiàn)有算法模型無法直接應用。對此本研究以發(fā)動機罩殼沖壓生產(chǎn)線為例，提出整體設計方案，通過對機器人路徑進行提前預判，構(gòu)建三維坐標系，以機器人初始位置和設備坐標為基礎，確定最優(yōu)化路徑的具體坐標值，分析初始位置以確定路徑點。結(jié)合空間三維曲線軌跡，獲得機器人最優(yōu)化路徑方案，利用計算機軟件可對所提出的兩種布局進行仿真分析，最終確保機器人實現(xiàn)循環(huán)作業(yè)，這對于工業(yè)機械制造來說，具有重要參考意義[1-2]。

1 機械加工制造及自動化技術(shù)

自動化技術(shù)包含多個學科，包括計算機科學、控制學以及電子學等理論，基于多種技術(shù)下能夠逐漸完善自動化技術(shù)功能，可減少人為生產(chǎn)參與，僅通過軟件程序下達命令即可開展自動化作業(yè)。同時，在加工過程中，還可實現(xiàn)自動化檢測、自動分析、判斷和處理等多種功能。基于當前信息快速發(fā)展下，在企業(yè)機器加工中利用自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)化及批量化生產(chǎn)，具體為：第一，安全性，基于科學技術(shù)指導下，虛擬仿真技術(shù)作為計算機發(fā)展的重要產(chǎn)物，也被認為是近年來新型自動化技術(shù)，可用于構(gòu)建安全演示平臺和預警平臺，確保企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)安全機械加工。過去在企業(yè)加工制造中，要求工作人員提前繪制設計圖紙，實現(xiàn)現(xiàn)場加工，但由于受人為、機械等因素影響，導致機械制造安全無法獲得保障，利用虛擬仿真技術(shù)通過構(gòu)建預警平臺和安全演示平臺，可幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)在加工制造中存在的安全隱患，并提出解決方案，有效規(guī)避在企業(yè)加工制造中存在的各種安全隱患問題。第二，廣泛性。隨物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)發(fā)展，為自動化技術(shù)帶來較大機遇，能夠進一步拓廣自動化技術(shù)的應用。在機械制造設計，運輸，包裝，研發(fā)等多個環(huán)節(jié)中，自動化技術(shù)具有較廣應用。自動化技術(shù)在機械加工制造、包裝、研發(fā)、設計和運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用，可展示其技術(shù)廣泛性特點。第三，高效性。過去在開展企業(yè)機械加工制造時，大多是采用人工方式為主，隨加工進度要求提升，過去，企業(yè)機械制造過程中采用人為方式來開展，隨用戶對產(chǎn)品加工精度和速度要求提升，采取人為加工方式無法滿足實際生產(chǎn)需求。對此企業(yè)運用計算機自動化技術(shù)，通過軟件編程能夠?qū)崿F(xiàn)自動化加工制造，精準化控制，顯著提升整個產(chǎn)品的加工制造效率[3-4]。

2 自動化技術(shù)在機械加工制造中的應用

第一，智能化技術(shù)基于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，很難實現(xiàn)機械加工制造全過程控制，而應用智能化技術(shù)制造的一些優(yōu)勢，比如，在機械加工制造中運用智能化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)加工制造全過程檢測，分析檢測數(shù)據(jù)，以明確加工制造中存在的問題及時優(yōu)化制造方案，防止在生產(chǎn)線中出現(xiàn)殘次品，確保產(chǎn)品質(zhì)量達標。第二，虛擬化技術(shù)。應用傳統(tǒng)機械技術(shù)進行產(chǎn)品加工制造，很容易產(chǎn)生產(chǎn)品誤差，進而影響產(chǎn)品質(zhì)量。尤其對于一些高精密度的零部件加工時，很容易產(chǎn)生誤差，如果沒有合理控制誤差，不僅會浪費資源，同時也會提高企業(yè)生產(chǎn)制造成本，無法保證最終產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。當前，虛擬化技術(shù)被運用于機械加工制造領域中，通過計算機軟件技術(shù)能夠?qū)崟r模擬產(chǎn)品在加工中的全過程，通過模擬分析，及時調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)，盡可能減少生產(chǎn)誤差，確保達到產(chǎn)品質(zhì)量要求，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率。第三，柔性化技術(shù)?；谛滦蝿荼尘跋?，企業(yè)機械制造發(fā)展中，要重視技術(shù)創(chuàng)新，依靠先進技術(shù)力量，來提升加工制造質(zhì)量和效率。過去由于受技術(shù)因素影響，機械加工制造流程具有較強的隨意性，因此，所生產(chǎn)產(chǎn)品參數(shù)不統(tǒng)一，產(chǎn)品質(zhì)量無法滿足客戶需求，這對于企業(yè)生產(chǎn)制造來說是不利的。當前在機械制造領域中應用柔性化技術(shù)，需提前做好市場分析，使產(chǎn)品生產(chǎn)能夠符合時代發(fā)展需求，及時調(diào)整產(chǎn)品在加工制造中的類型數(shù)量等相關(guān)參數(shù)，不斷規(guī)范加工流程，確保實現(xiàn)高效化機械加工制造。第四，PLC自動化技術(shù)，該技術(shù)即可編程控制器，PLC在機械加工制造中具有重要意義。在應用該技術(shù)過程中需結(jié)合產(chǎn)品工藝流程，制定切實可行的加工控制方案，結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)工藝需求以及加工對象，可依次安裝指示器、變頻器、接觸器等，工作人員根據(jù)控制對象，嚴格做好PLC點數(shù)控制，選擇合適的儲存器，降低在產(chǎn)品生產(chǎn)制造中存在的質(zhì)量問題。除此之外，對于PLC技術(shù)設計上應基于生產(chǎn)工藝作為前提，控制產(chǎn)品生產(chǎn)的各個流程，在產(chǎn)品外包裝中標明，生產(chǎn)條件以及作業(yè)順序，通過PLC操作圖紙，設計合理的生產(chǎn)程序，在產(chǎn)品PLC生產(chǎn)過程中對工作人員要求較高。為進一步說明自動化技術(shù)在機械加工制造中的具體應用，本研究中以發(fā)動機罩殼沖壓生產(chǎn)線作為研究對象，通過規(guī)劃機器人最優(yōu)化路徑，經(jīng)虛擬仿真驗證，該方法更滿足企業(yè)實際生產(chǎn)需求。

3 機器人沖壓生產(chǎn)線的布局規(guī)劃

在企業(yè)生產(chǎn)線中發(fā)動機罩殼的具體生產(chǎn)工序為:初始物料可經(jīng)過涂油機上油，依次包括粗拉伸、精拉伸、切邊、沖孔和焊接等，根據(jù)搬運物料的大小，形狀以及現(xiàn)場作業(yè)條件，需使用機器人共計6臺，具體型號為Fanacm20a，該機器人最大半徑覆蓋為181.1 mm。產(chǎn)品在粗拉伸和精拉伸過程中所需消耗時間為16 s，切邊、焊接作業(yè)流程所需時間為8 s，因此在粗、精拉伸過程中可采取并行雙排方式。同時受生產(chǎn)安全因素和現(xiàn)場作業(yè)條件影響，發(fā)動機罩殼工序采取整條生產(chǎn)線，對此提出兩種生產(chǎn)線布局，如圖1所示。

圖1 兩種生產(chǎn)線布局圖

根據(jù)圖1，利用實心圓線表示機器人最大半徑覆蓋范圍，機器人作業(yè)流程為：利用涂油機取料后，依次為壓機一、二進行機器人供料，完成粗拉伸作業(yè)。機器人二可將壓機物料提供給壓機三，機器人二可從壓機二取料提供給壓機四，等到壓機三和壓機四依次完成精拉伸作業(yè)后，再由壓機三、壓機四為壓機五提供物料。待壓機五完成切邊作業(yè)后，由機器人向壓機六提供物料，壓機六完成沖孔作業(yè)后，需將壓機五和壓機六物料提供給螺母焊接。在焊接過程中機器人六提取螺母焊接的物料，進行下料操作。結(jié)合工藝流程圖，利用上述兩種生產(chǎn)性布局方式，可滿足產(chǎn)品生產(chǎn)需求，然而采用不同布局需考慮如下因素。針對第一種布局，其生產(chǎn)線占地面積較小，整體結(jié)構(gòu)緊湊。機器人四、五、六能夠在壓機不同位置進行取料、放料，以縮短生產(chǎn)實踐，降低干涉可能性，但會導致現(xiàn)場布線較為復雜，機器人運行空間較為狹小。第2種布局，現(xiàn)場布局便捷，機器人具有較大的操作空間，并且可靈活性選擇路徑規(guī)劃方案，然而整體來看，第2種布局場地利用率低，兩兩設備間距離較大，因此，會延長生產(chǎn)實踐，并且機器人四、五、六需在壓機同一側(cè)進行取料、放料，這對于機器人邏輯性要求較高。

4 機器人的路徑預判

為能有效規(guī)劃機器人路徑，需提前構(gòu)建機器人的預判路徑和實際路徑框架，分析影響機器人路徑的重要區(qū)域，通過對機器人路徑進行提前預判，可為后續(xù)機器人路徑規(guī)劃提供參考，并提升路徑規(guī)劃的準確性，可縮短機器人規(guī)劃路徑時間，便于在路徑規(guī)劃中實現(xiàn)空間分析和碰撞檢測分析。在本次研究中，通過機器人在進行空間操作和任務作業(yè)時，可提出兩種布局的預判路徑，具體如下頁圖2所示。其中第1種布局和第2種布局，機器人一、二路徑保持一致。在第2種布局中，4臺機器人的預判路徑圖可分別用不同顏色進行表示，以分辨不同機器人所選擇的路徑，同時不同曲線標注后，能夠幫助工作人員掌握機器人運動軌跡。

圖2 兩種布局的路徑圖

5 結(jié)語

基于當前科學技術(shù)快速發(fā)展背景下，本研究分析了自動化技術(shù)在機械制造領域中的應用，同時利用發(fā)動機罩殼沖壓生產(chǎn)線將其作為案例，分析在提前預判機器人作業(yè)路徑的前提下，通過構(gòu)建三維坐標系，分析機器人最佳初始位置確定方法和最優(yōu)路徑選擇法，利用計算機軟件，開展路徑規(guī)劃仿真實驗分析，并將最終規(guī)劃結(jié)果應用于實際生產(chǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn)，本研究中所提出的機器人路徑規(guī)劃法，可滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，這對于機械制造行業(yè)機器人應用具有重要參考意義。