Garbuio翻箱機器人安全防護裝置的研究與改進

趙平　車智

摘 要：文章主要對Garbuio Dickinson公司的翻箱機器人運行情況分析和研究，通過優化PLC程序、增加檢測裝置、調整輸送鏈機工作方式等，提高機器人運行的安全可靠性，從而有效避免因機器人與煙箱之間的撞擊導致的設備損壞、生產停機等問題。

關鍵詞：翻箱機器人；PLC；光電檢測；輸送鏈機；煙草類

杭州卷煙廠經“十一五”技改，成功引進了諸如翻箱機器人等先進設備實現了自動化的全覆蓋，但隨之產生的問題也不斷。文章就主要針對翻箱機器人在運行過程中與煙箱發生撞擊的問題，通過多方面的改進，提高翻箱機器人運行的安全可靠性，杜絕翻箱機器人撞擊的發生，從而保障生產的正常運行。

技術創新是品牌發展的源泉，是卷煙上水平的核心。正是在這樣的政策指引下，十多年來，我國煙草行業不斷的引進先進生產技術從而得到了迅猛發展，2014年工商總稅利更是超萬億，比2002年增長過6倍，科學技術在煙草行業又一次詮釋了它第一生產力的力量！在全國煙草行業蓬勃發展之際，浙江中煙杭州卷煙廠亦走在了前面，2012年“十一五”技改項目正式投產啟用，標志著全國乃至全世界一流卷煙生產基地的誕生。杭州卷煙廠制絲車間憑借技改契機，引進了諸如Swisslog高架庫、KUKA機械手、Garbuio機器人等世界先進設備，向自動化、智能化制造現場大步邁進。文章就是針對其中關鍵設備——Garbuio翻箱機器人進行了相關的分析和研究，通過一系列的改進，有效的提高了翻箱機器人運行的安全穩定性。

翻箱機器人的主要功能是在進料站臺上抓取滿料物箱，將其中的物料翻到入合適的喂料機中，并將空箱放置于出箱站臺。目前杭州卷煙廠引進的是意大利Garbuio Dickinson公司的翻箱線，一條生產線由一個或若干個機器人共同組成，主要應用于成品煙絲的喂絲站及煙絲的摻配線，如圖1所示。

翻箱機器人主要由機架、夾具、傳動裝置、起重裝置、轉動組件、氣動控制器、定位控制器等組成。機器人從PLC接收到填充喂料機的命令后，平移至目的站臺，夾具下降抓取煙箱后通過提升、旋轉等動作將煙箱物料傾倒于對應喂絲機內，待物料傾倒完再將空煙箱放置到相應出口站臺上，而后機器人回到等待位置等待下一個指令。

為了確保機器人下降抓取煙箱時的安全性，翻箱站臺會對煙箱進行位置調整。煙箱進入到翻箱站臺鏈機后，當前端光電檢測到煙箱即觸發信號給PLC，站臺鏈機停止運行，此時煙箱應緊靠前側靠板，而后站臺氣動頂升裝置提升，將煙箱托載在多根可空轉輥筒上，隨之右側氣缸動作，將煙箱水平向左推移，直至煙箱左側靠緊左側靠板。此時煙箱位置就緒，PLC中觸發信號，等待翻箱機器人抓取。

而目前翻箱機器人在抓取煙箱時時常發生夾具撞壞現象，導致生產停機、設備損壞，同時也是一個重大的安全隱患。經跟蹤觀察發現，導致該事故的原因在于站臺上的煙箱位置異常，比如煙箱未到位、傾斜及2個煙箱并著同時進入到站臺等等，從中說明當前的煙箱定位方式不足以百分百地確保翻箱機動作的安全。那么針對其不足，進行了一系列的設計與改進，從而解決此安全問題。

首先，加裝了煙箱位置檢測裝置。根據對前期現象的總結，我們認為，缺乏有效的檢測是導致碰撞的根本原因。當一個煙箱進入站臺到位后，必須對其位置檢測，當檢測通過后才能讓機器人執行抓箱動作，如若不然，則產生報警且機器人不動作，這樣就能有效地避免此類撞擊事故。經過對現場站臺的觀察，發現站臺前側和左側均為機械靠板，則我們決定在站臺后側及右側這兩個方向上安裝檢測光電，從而判斷出煙箱位置異常。經過甄選，我們選用倍加福漫反射光電，將右側光電安裝在前側靠板上，位置靠右，距左側靠板120cm（煙箱底部寬度）+3cm（煙箱外沿）*2+0.5cm處，自前往后水平照射，檢測光束與左側靠板平行；將后側光電則通過支架安裝于站臺右側，距前側靠板120cm（煙箱底部長度）+3cm（煙箱外沿）*2+1cm處，自右向左水平照射，檢測光束與前側靠板平行。而后，我們在PLC程序中加入了這2個光電的檢測條件，當煙箱進入站臺后，只有當右側光電和前側光電均無觸發信號均為0時，說明煙箱位置正常；當其中一個或者兩個光電觸發信號為1時，表明光電管光束位置檢測到煙箱，說明該煙箱位置異常，機器人不執行取箱命令，同時產生煙箱異常報警，通知人員及時處理。

其次，對輸送鏈機進行了調整。煙箱進入物流系統后，通過物流輸送機和站臺輸送機的交接，完成從物流系統至翻箱站臺的輸送。經過我們長時間的觀察，發現2臺輸送機之間煙箱的交接異常是煙箱歪斜的主要原因，從而導致機器人與煙箱之間的碰撞。于是，做了以下調整：其一，由于地面沉降、機械振動磨損等，2臺輸送機鏈條不在一個水平面上，致使煙箱在交接運行過程中瞬間受到的摩擦力不平衡，因此我們通過機架調整了物流輸送機的水平高度使之與站臺輸送機匹配，并定期檢查調整；其二，2臺輸送機在啟動、運行時速度不匹配，速度的差異致使煙箱在兩條輸送機上同時運動時產生受力不均導致歪斜，則通過丹佛斯變頻器查看物流輸送機電機的啟動時間和運行速度，將上升斜坡時間從0.7s調整至0.4s，最大運行參考速度從50調整為60，使2臺輸送機速度匹配；其三，為了確保煙箱在輸送機上運行時保持正且直，還在這2臺輸送鏈機交接處的兩側安裝了歸正條，即使煙箱在運行過程中出現歪斜，也能通過兩側的歸正條進行位置矯正。

最后，改變了光電管的工作方式。目前物流輸送鏈機煙箱到位檢測光電管采用的倍加福的漫反射光電，安裝于底部垂直自下往上發出光束檢測煙箱位置。由于光電管是垂直自下往上發出光束檢測，那么光束透過的鏡面成水平朝上，加上車間生產現場粉塵較多，導致光電管鏡面積灰比較嚴重，容易引起光電管的異常動作，致使2個煙箱同時進入站臺現象時常發生。針對此情況，我們改變了光電管的工作方式，即將光電管位置由底部移至輸送鏈機旁邊，由自下而上地垂直照射改為自左向右的水平照射，有效避免粉塵等因素的干擾，同時將漫反射光電管改為對射光電管，進一步提高了光電管檢測的可靠性。

經過上述的改進，有效地遏制了翻箱機器人的撞擊現象，同時也大幅提高了生產和經濟效率。以喂絲站翻箱機器人為例，一個機器人承擔4個喂絲機的翻箱任務，而每個喂絲機平均對2臺卷包機臺進行供絲，一旦機器人發生撞擊事故，平均需要1小時的修復時間，則影響卷包8個機臺生產各1小時，合計8小時，以HAUNI PROTOS-M8卷煙機20000支/分鐘生產能力來算，則影響生產卷煙20000*60*8=9600000支，其造成的經濟損失不可估量！

綜上所述，我們優化改進了翻箱機器人的工作環境，有效地解決了翻箱機器人的撞擊問題，同時也為生產的穩定運行奠定了更加堅實的基礎。