提高ABB機械手運行效率

唐 鵬

上海煙草(集團)公司北京卷煙廠，北京 101121

1 工具吸附力不足造成的影響

1.1 現象描述

在日常生產過程中，ABB 機械手通過安裝在第六軸的抓取工具使煙箱能夠伴隨機械手運動到指定位置。ABB 機械手每天單臺次需要完成至少2000 次搬運任務，在搬運的過程中如果抓取不穩造成煙箱掉落則會導致ABB 機械手停機。通過查閱掉煙停機記錄發現，操作人員平均處理一次此類故障的時間約為5 分鐘，并且在排除煙箱質量和封裝等因素造成的掉煙停機偶發事件后，統計結果表明由于工具吸附力不足造成的掉煙故障報警每臺次ABB 機械手多達10 次/天并且存在連續性掉煙的現象，停機時間比重達到4%。因此工具吸附力不足是影響ABB機械手運行效率的因素之一。

1.2 吸取原理介紹

ABB 機械手在得到拾取信號后打開空氣閥門向吸盤中的空氣導管吹入正壓風。正壓風經過導管內層通道被推送進連接在吸盤外部的一個中間鏤空的圓柱體裝置。此裝置對正壓風進行疏導，模擬出類似龍卷風的氣流循環從而使裝置內部鏤空部分壓強倍數小于大氣壓強。這樣在煙箱與吸取面貼緊后通過虹吸原理，由導管外層通道將吸盤內部相對鏤空處壓強較高的空氣導出從而產生真空吸附力抓取煙箱。

1.3 解決措施

首先，我們檢查氣路發現吸盤的海綿接縫處存在一些橫切裂紋。海綿裂紋處在ABB 機械手進行抓取煙箱時被拉扯形變使得煙箱和吸盤貼合不密切造成吸力減弱。于是我們更換了新的海綿吸盤并且在海綿連接處加注一層密封膠。雖然在更改完成后掉煙故障有所減少，但是在煙箱封裝正常的情況下連續性掉煙故障仍然存在。為了徹底解決問題，我們拓展思路將焦點轉移到負壓力產生的環節。當再次出現連續掉煙的情況后，我們對吸盤的吸附力進行了細分化測量。測量結果顯示，吸盤不僅整體吸附力出現明顯下降，并且同一塊吸盤不同位置的吸附力出現不平均的現象。于是，我們對吸盤進行了全面的拆解發現導氣管的外層管壁兩個吸放氣閥門處附著有大量的粉塵顆粒。我們通過實驗發現，粉塵顆粒堆積足以降低氣閥關閉后的氣密性，使得虹吸作用受到影響造成吸盤整體吸附力下降。并且由于虹吸閥門與兩個放氣閥門的排列關系，虹吸口所在的三分之一區域內的氣壓能夠總是保持正常值但是其他兩個區域則明顯降低造成煙箱傾斜式掉落。我們在現有條件下嘗試通過兩種途徑解決這類問題。一方面，我們通過修改程序，延長ABB 機械手自清潔時間。在程序段中找到控制ABB 機械手關斷吹氣的條件觸發語句：

TriggIO trBlowOff，100startGOp：=goBlowOn，0；

其中，數字100 為關斷延遲時間。，我們通過實際測算將關斷時間延長到200，這樣既不影響下次抓取產生真空的過程又能夠多出一倍的自清潔時間進行放氣閥門除塵。另一方面，我們通過改變吸盤排列順序使得吸力能夠被動互補達到吸取要求。

因為每兩個吸盤組成一個抓取單位吸取一箱煙，所以我們將現有的兩個虹吸口一字式排列改為對角式排列。這樣的排列確保在其中一個吸盤出現吸力不均勻的時候，另一個能夠進行彌補從而達到穩定抓取的效果。在對抓取工具進行全面優化后，再沒有煙箱掉落的現象發生，并且延長了抓取工具除塵保養的周期。因此我們的解決措施提高了ABB 機械手的運行效率。

2 機械手返回初始點功能不完善和操作繁瑣造成的影響

2.1 現象描述

當ABB 機械手執行搬運任務的過程中由于煙箱質量缺陷或者箱皮吸合面與煙箱本體出現分離現象，ABB 機械手會自動強制停止運動并警告人工介入處理。在這種情況下，操作人員需要手動對其進行關斷抓取動作并且當ABB 機械手工具處在安全設定區域外時還需要手動完成返回初始位置的動作。經過測算，操作人員每次需要對示教器進行至少十二步操作最快3 分鐘才能完成，造成ABB 機械手運行效率的降低。

2.2 解決對策

2.2.1 優化回復初始位置程序

ABB 機械手在設計之初是以28 件煙垛型和30 件煙垛型兩種運行模式進行程序限定的。當執行30 件煙垛型任務時，煙箱均為直立碼放，高度幾乎與ABB 機械臂的關節極限位移相近；執行28 件煙垛型任務時，由于上部8 件煙橫放所以高度比30件煙垛型要低。因此ABB 工程師以30 件煙垛型為基礎，僅將拾取站臺側的90 度范圍區域設定為了安全區并且禁止ABB 機械手在碼垛區自動回到初始位置以避免撞煙。但是目前我廠只在運用28 件煙垛型，這個自動回到初始位置的區域對此種垛型就顯得過于狹小，所以我們可以通過放大安全區域和簡化碼垛區域操作兩種手段來對回復初始位置程序進行優化。

1）增大程序中極限數值的限定

當ABB 機械手執行PP TO MAIN 指令后，會在程序中調取坐標數值比對語句對當前坐標值與三維坐標系X、Y、Z 極限值進行比較。我們利用ROBOTSTUDIO 軟件在MainModule 程序中查找到返回初始點的RHOME 程序塊，將其中設定極值的語句段進行更改，如下圖2 所示：

圖2 修改后極值語句

修改后的程序將圖1 中原先設定的90 度安全區擴展到圖2 所示重新限定的190 度并且能夠保證ABB 機械手自身運動過程中不會出現關節死點。這樣ABB 機械手在安全拾取區域出現需要PP to Main 的情況時，都可以自動運行程序回到初始位置。

2.2.2 設置常用功能按鍵

在進行故障處理和運行PP to Main 等操作時，有一些經常使用到的命令。我們對其中需要繁瑣切換菜單列表才能夠查找到的命令進行了總結歸納，整理出頻繁使用并且最費時的四項操作：三個真空釋放和指針回零。運用示教器上可編程控制按鍵設置服務，依次對設備自帶的四個自編程按鍵進行編輯指令并且將真空釋放的三個指令和指針回零分別設置為脈沖式和松開即完成模式，已達到在自動狀態下一鍵式完成我們需要的規定動作。按鍵設置修改完成后既方便了維修測試也縮短了操作員作業時間。

在對程序及操作進行優化后，我們測算了操作人員處理ABB 故障和控制回到初始位置的時間僅為20 秒鐘，顯著的縮短了ABB 機械手停機時間，提高了設備的運行效率。

3 增加偏移參數修改項目

3.1 現象描述

在我廠ABB 的控制程序中，對抓取物的位置設定只能由物品的長寬高或托盤空間位置的更改進行調節。由于ABB 程序的邏輯為累加式計算法，因此這種調節模式不可避免的會由于煙箱的個體差異造成同一層每抓之間產生矛盾或層與層間產生矛盾。由于頻繁的更改參數而造成大量人力資源的浪費及運行效率的降低。

3.2 解決辦法

我們通過研讀ABB 技術手冊，發現可以嘗試在程序中添加可控偏移量的方式對抓取位置進行修改。首先我們在UNPACKPARTTERN 模塊中加入如下圖所示的控制語句：

即在POS 項目中增加一個位置偏移數組并且將參數的功能定義為對每一抓取位置的修改。在后續的TEST NPICKZONE 程序中加入控制語句pTarget ：=Offs(pTarget，nOffsX{nPickZone}，nOffsY{nPickZone}，nOffsZ{nPickZone})；并且此語句必須在原有的RETURN PTarget 語句之前，否則每次修改的參數值只能使用一個循環即被清除為0。

4 結論

通過討論可以得出上述三點是影響我廠ABB 機械手運行效率不能達到最優化的重要因素。通過針對性的改進參數、優化程序使得ABB 機械手的運行效率得到了較大幅度的提升并且制式化配裝的ABB 機械手克服了水土不服更個性化的服務于我廠。

[1]ABB中級培訓教材.ABB資料.

[2]ABB技術手冊.ABB資料.

[3]真空技術吸力的計算.ABB資料.