Yaskawa 4軸機器人晃動問題處理

張新沂 繆紅林 芮銀龍

（北京京東方光電科技有限公司 北京）

北京京東方光電科技有限公司（簡稱BOE）是國內(nèi)最大的TFT液晶面板生產(chǎn)廠商，其設(shè)備自動化程度高，每臺設(shè)備對應(yīng)1臺4軸機器人負責(zé)玻璃基板搬運工作。隨著生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，Array工藝段清洗、剝離、濕刻設(shè)備全部由原來的U形設(shè)計變?yōu)樯舷聝蓪釉O(shè)計，機器人U軸（升降軸）高度由2.5 m變?yōu)? m。機器人從PORT口取到玻璃后放入主設(shè)備玻璃入口，由于速度過高制動時產(chǎn)生高位晃動，產(chǎn)生安全隱患，并且長時間晃動機器人伺服馬達、減速機、齒輪、齒條出現(xiàn)不同程度磨損。目前Yaskawa廠商給出的解決辦法為更換電機、減速機、導(dǎo)軌等相關(guān)機械機構(gòu)，未從根本上解決高位晃動問題。

一、故障原因分析

產(chǎn)生晃動機器人為Yaskawa 4軸搬運機器人，質(zhì)量1 t左右，U軸采用折疊設(shè)計，由伺服電機通過同步帶帶動中間與下部兩個RV減速機完成升降動作；S軸（旋轉(zhuǎn)軸）、X軸（走行軸）分別由1個伺服電機帶動1個RV減速機完成旋轉(zhuǎn)、走行動作；L軸（下手臂）、R軸（上手臂）分別由1個伺服電機通過同步帶帶動3個RV減速機完成玻璃取放動作。主設(shè)備由3個PORT口存放玻璃，Remote狀態(tài)下機器人從PORT口取出玻璃基板運動至主設(shè)備最上端5 m位置，從設(shè)備下端約1.5 m位置將已完成工藝的玻璃取出后放回到PORT口原位置，運行過程中，X軸、R軸、U軸為聯(lián)動，即機器人取到玻璃基板后到達設(shè)備入口處時3軸同時完成運動，最后R軸、L軸將玻璃放入主設(shè)備或PORT口CST中，運行軌跡如圖1所示。

本設(shè)備所用的Yaskawa 4軸機器人采用折疊設(shè)計，U軸升降過程中機器人重心未在走行底座的中垂線位置，高位時重心高，力矩大，對導(dǎo)軌、滑塊、減速機等磨損加重，如圖2所示；該設(shè)備機器人導(dǎo)軌與底座直接放置在地板上，并未與地板等建筑主體鋼梁固定，高位時無法有效制動導(dǎo)致制動時晃動。機器人從主設(shè)備取出玻璃基板送到PORT口時雖然重量大，但由于其重心低，X軸運行平穩(wěn)，機器人在到達位置點后本體無晃動現(xiàn)象；當機器人3軸聯(lián)動從PORT口取出玻璃放到主設(shè)備入口處制動時，機器人晃動。

圖1 機器人運行軌跡

圖2 機器人晃動原因分析

長時間晃動對機器人機械部件產(chǎn)生不同程度磨損，齒輪齒條磨損嚴重且間隙增大，導(dǎo)軌表面出現(xiàn)鐵屑，滑塊與導(dǎo)軌間隙增大，滑塊滾珠磨損，減速機齒輪磨損、間隙增大。

二、問題解決方法

（1）更換齒輪、齒條、導(dǎo)軌、滑塊，加固地板相連，將機器人底座連接到地板鋼梁，依靠主設(shè)備及鋼梁的牽拉力減少機器人晃動，該種方法對機器人齒輪、導(dǎo)軌、滑塊、減速機等的損壞大，更換新的機械部件后3年左右需要重新更換，無法從根本上解決機器人晃動問題。

（2）修改程序，在機器人從PORT口取到玻璃基板后到主設(shè)備玻璃入口增加一個軌跡運行點，即從PORT口到主設(shè)備入口分為兩步完成，保證X軸移動到主設(shè)備入口時重心足夠低，X軸制動過程中不出現(xiàn)機器人本體晃動，從該位置U軸上升到主設(shè)備入口位置，運動軌跡修改如下。

機器人從PORT口取玻璃后，X軸、S軸、U軸聯(lián)動運行，X軸、S軸按程序移動到玻璃入口位置，U軸保持從PORT口取玻璃時高度不變。

由于X軸、S軸已經(jīng)到達主設(shè)備玻璃基板入口位置，這時只需要U軸單獨升高至主設(shè)備玻璃入口位置，最后R軸或L軸放玻璃基板到主設(shè)備，完成從PORT口到主設(shè)備入口軌跡運動。通過修改程序后機器人運行軌跡如3所示。

圖3 修改后運行軌跡

InformII語言，是安川公司XRC系列機器人使用的編程語言，由指令跟附加項組成，該語言包括I/O指令、控制指令、移動指令、操作說明、移位指令、弧焊點焊指令等組成。分析Remote模式下機器人運行程序，根據(jù)機器人、Indexer、主設(shè)備三者通信協(xié)議修改程序，增加軌跡點，部分修改后程序與源程序比較如圖4所示，圖4中右側(cè)38，39以及43～52部分為增加的程序。

圖4 程序?qū)Ρ?/p>

實際運用過程中，由于增加運行軌跡點，機器人的Tac Time將增加，該設(shè)備稼動率高，設(shè)備吞吐玻璃基板速度快，通過程序修改每一運動軌跡速度辦法進一步優(yōu)化機器人運動速度不影響主設(shè)備Tac Time，實現(xiàn)該設(shè)備滿速運行。

三、結(jié)語

由于LCD工藝的不斷進步，對設(shè)備的工藝要求也越來越高，設(shè)備運行效率也越來越高，濕刻、剝離、清洗3種設(shè)備變?yōu)楦?jié)省空間的上下兩層設(shè)計，遠距離及更高玻璃基板搬運對機器人設(shè)計、機械部件及安裝等硬件提出了更高的要求。改造的設(shè)備機器人U軸運行高度達到5 m，底座、導(dǎo)軌、滑塊、X軸減速機運行3年后相關(guān)部件磨損，機器人高位晃動，導(dǎo)致該設(shè)備長時間減速運行。程序改造完成后，由于機器人在X軸運行時重心在低位，晃動消失，該設(shè)備實現(xiàn)滿速運行，提高了產(chǎn)能及效率，經(jīng)過3年運行，機器人運行良好。通過該機器人分析可知，設(shè)備檢討時需加強對機器人品牌選型并編排合理運行軌跡，即滿足設(shè)備Tac Time需要，又要最大程度減小對其機械部件磨損。