基于ABB機器人的沖壓線上下料系統構建及實驗

江效友　杜紀光

摘 要：文章通過對ABB機器人的深入研究，在汽車柔性自動化沖擊生產線的基礎上，建立起與之相適應的上下料系統，然后對ABB機器人進行上下料軌跡的規劃，進而利用相關的軟件技術對機器人自動化上下料進行離線仿真，同時為了讓機器人在上下料方面實現自主研發，從而為整個工作程序提供強大的技術保證，開展機器人在線上下料模擬實驗，以確保ABB機器人沖壓線上下料系統的不斷豐富和完善。

關鍵詞：ABB機器人；沖壓線；上下料

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0063-01

沖壓線是汽車企業中最為核心的技術環節，因為在制造汽車的過程中汽車的車身的金屬件內基本全是沖壓件，而對著汽車企業近幾十年的發展，在取得巨額利益的時候，大部分的汽車企業始終保持著單一的生產模式，機械手高效沖壓線仍然是大型沖壓設備的主要形式。隨著近年來現代化程度的不斷提高，我國已經成為世界上最重要的汽車產生和消費大國，人們對于車型的重視程度越來越高，導致企業在生產過程中汽車的覆蓋件自動化沖壓逐漸從大批量、單一化的剛性生產模式轉變為小批量、多品種的生產模式，進而實現“一線多用”的沖壓目標。

1 機器人上下料系統的搭建

1.1 機器人系統的搭建

ABB六自由度關節型串聯機器人、Flex Pendant示教器、IRC5控制柜、Robot/Robot Ware離線編程軟件和機器人手冊共同組成了機器人系統。

1.2 真空系統的搭建

真空系統的原理與汽車覆蓋面大而輕、薄而堅的構造相符合。由于目前還沒有端拾期標準產品與ABB機器人形成很好的配套，因此，需要工作人員自行選購汽車的真空系統元件。具體來說，要堅持以下選購原則：①在施邁茨真空泵的選擇上，要根據矩形板料的重量、吸盤的數量、最小估算尺寸以及氣路耗損等多方面的綜合因素進行全面考慮，并且還要能夠提供-85 kPa真空度。②根據對以上所選擇的矩形板料的重量、吸盤數量、最小估算尺寸以及氣路耗損等進行相關的計算和分析，繼續選擇直徑為30 mm的真空吸盤。③根據實際需求選擇施邁茨真空開關以及緩沖支桿的數量，因為真空開關可用來檢測真空系統的起壓強度，而緩沖支桿則可以有效調整端拾期的垂向壓縮量。④電磁閥控制氣路的通斷，因本真空系統提供的是負氣壓，因此不可選取工作壓強為正的先導式電磁閥，而應該選擇直通式電磁閥。

1.3 機械系統的設計

機械系統設計的主要內容包括端拾器和上下料平臺。選定端拾器的質心位置以及加工材料，以此對機器人手腕承載情況進行分析；然后根據吸盤在板料上的不同布置，將端拾器設計為對稱結構；進而確定機器人原點位姿下的工作空間，對上下料平臺與機器人之間的實際距離進行相關設計；最后，上料平臺從上到下主要由對尺桌面、上料托板和支架組成，下料平臺從上到下主要由模具桌面、下料托板和支架共同組成。

1.4 視覺系統的搭建

將視覺對中功能加入到沖壓自動化生產線中，其意義相當于將多條用途單一的生產線轉換為1條具備多功能自動化特點的生產線，在工作過程中只需調整視覺對中程序，ABB機器人便可對不同形狀大小的汽車零件進行自動對中。這項技術目前已經被成功應用于一些發達國家的汽車制造車間中，應用過程比較方便，可提高工作效率，為企業節省制造成本。但在現階段，我國的一些汽車制造企業并沒有研發出相關的視覺自動對中技術，而且由于起步工作較晚、發展速度較慢，在同行業之間缺乏專業的技術人才作為支撐，此外，發達國家在相關領域的優勢逐漸演化為技術壟斷，同時費用昂貴，在引進發達國家的技術手段時也會遭遇相當大的阻力。因此，與發達國家相比，機器人上下料系統技術在我國還處于應用的初級階段，與發達國家之間仍然存在相當大的差距。

機器人視覺自動對中技術的原理為：工業攝像機將拍攝到的圖片傳送到PC機，此時圖像的處理系統會自動對位置、角度、偏差等數據進行矯正，然后將比對的結果與標準圖像進行比較，進而再將可調整的偏差值轉變為機器人可以識別的指令，自動調整機器人的抓取位置；選擇不同條件下的拍攝狀態，對外形尺寸、下料平臺的對尺槽精度等綜合因素進行全面考慮，然后采用MV-2000UC的彩色攝像頭。

1.5 電氣系統的開發

分路塊、真空泵、真空吸盤、緩沖支桿等共同構成了ABB機器人上下料的真空系統。

2 ABB機器人上下料離線仿真實驗

將上下料平臺和端拾期的三維模型導入到ABB專業離線仿真軟件環境當中，然后按照預定位置對上下料平臺進行安放，由于上料平臺上的攝像機支架會阻礙到機器人的末端軌跡，因此在安裝端拾期的過程中，要注意將短邊尺寸朝向支架，同時端拾期的位姿保持不變。

在ABB機器人進行離線仿真的過程中，控制器會首先向服務器發送請求信號，然后將得到的相關信息直接傳送給機器人，機器人在接受相關的指令之后會在短時間內到達指定的位置，由此確保了ABB機器人在離線仿真實驗中工作的精準性。

3 ABB機器人上下料在線模擬實驗

在機器人進行上下料任務流程圖時，為了保證其工作的穩定性，進而有效提高工作的效率和質量，機器人運動的每段軌跡都要盡量選擇直線。此外，機器人的法蘭盤要始終與地面互相垂直，這樣可保證吸盤的穩固性。取料過程中，端拾器要處于板料的中心處，為了消除偏置荷載和扭矩的不良影響，在運行過程中，機器人的第六軸要主動對轉角進行調整，而端拾器則可保持同一姿態不變。而且在此期間第六軸與攝像機的支架之間要保持足夠的安全余量，不可出現多余的停頓點。

為了在傳送物料時實現智能化和自動化的優勢，原有的機器人上下料系統無法真正滿足實際的上產需要，所以將視覺對中技術融合其中之后，形成了沖壓自動化生產線，某種程度上大大提高了生產效率，節省了企業的成本開支，為企業帶來了良好的經濟效益。

4 結 語

沖壓線上下料機器人系統的搭建工作是一項包含內容眾多、結構復雜的系統性工程，而沖壓線又是汽車企業在生產制造中最為關鍵的環節，其工作質量的好壞將會對企業的生產和發展產生直接的影響。本文根據企業生產的實際要求完成了沖壓線上下料機器人系統的搭建工作，從汽車零部件的選擇到對其具體的設計和試驗，為最終機器人上下料的模擬實驗打下了良好的基礎，同時也為其他同等類型的ABB機器人上下料系統的搭建工作提供了參考。

在完成ABB機器人上下料系統的搭建工作之后，還要對其上下料的運動軌跡進行更合理的規劃，從而從根本上實現機器人上下料的離線仿真系統，模仿真實的沖壓線生產過程，進一步累積機器人上下料系統實際的工作經驗和教訓，從而為我國機器人上下料技術的發展提供強有力的技術保證和支持。

參考文獻：

[1] 王嫦美.柔性沖壓線機器人選型與上下料系統構建及其實驗研究[D].秦皇島：燕山大學，2013.

[2] 侯雨雷，王嫦美，楊彥東，等.基于ABB機器人的沖壓線上下料系統構建及其實驗[J].制造技術與機床，2014，（8）.