論機器人夾持器碰撞快修復與調整

宋威

摘要：本文分析了工業機器人夾持器機構的研究現狀， 提出了解決夾持器機構在發生碰撞維修后，通過機器人校準程序可以快速診斷關鍵部件（定位銷、定位塊、吸盤等）位置偏差，達到快速調整和校正的作用，維修效率提高80%以上。并設計了一種3D校正的工具。

Abstract： This article analyzes the research status of the gripper mechanism of industrial robots， and proposes to solve the positional deviations of key components （positioning pins， positioning blocks， suction cups， etc.） through the robot calibration program after the gripper mechanism has undergone collision maintenance. It achieves the effect of rapid adjustment and correction， and improves the maintenance efficiency by more than 80%. And a 3D correction tool is designed.

關鍵詞：機器人;夾持器;夾持器校正工具

Key words： robot;gripper;gripper correction tool

中圖分類號：TP24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0164-02

0? 引言

隨著科學技術的發展，工業自動化程度不斷提高，在某些環節逐步使用自動化、半自動化設備進行輔助操作，使工人從繁重的勞動中解放出來。工業機器人夾持器機構（即機器人），是機器人操作機與工件、工具等直接接觸并進行作業的裝置，是機器人的關鍵部件之一。它的性能好壞對提高機器人效率，發揮機器人作用影響很大。其中夾持器由于具有操作簡便、高效安全、精確直觀等特點，能很好滿足現代企業高效率、高質量以及高安全性的要求，在自動化程度越來越高的生產線上扮演著不可替代的角色。

1? 機器人的Greifer夾持器設計制造

Euro-Greifer-tooling是基于模塊化的原則，工裝夾具設計完后整個系統可以迅速的建立組裝完成。Euro-Greifer-tooling的每個組成部分都刻有相應的代碼由EGT+數字組成。如EGT 001是八邊形鋁材管件。當Euro-Greifer-tooling系統零件損壞后，可以根據此代碼查找備件或訂購備件，組件裝配到相應位置后，可以保證很高的定位精度，如圖1-圖4所示。

一汽大眾公司一廠焊裝車間Q5L車型共使用155套自動夾持器，如圖5所示。焊裝車間機器人自動抓夾持器，在使用過程中因操作失誤或機器人運行程序漏洞，導致夾持器出現嚴重碰撞損壞。維修后對于一些局部微小的變形無法進行有效判斷和調整易出現零件質量波動。維修耗時非常長，維修人員的技能水平要求也很高，嚴重影響維修效率。2017年至2018年共計在線維修碰撞損壞夾持器7套，合計維修時間1920分。

以往夾持器發生碰撞后，需要更換整體備件線下進行維修。一汽大眾公司從節約備件成本入手取消了155套夾持器備件訂購，節約備件資金近1000萬元。參照德國大眾及奧迪公司對機器人夾持器設備發生碰撞斷裂時，生產現場是如何快速更換維修的。但是夾持器結構恢復后對于一些局部微小的變形無法進行有效判斷和調整，維修耗時非常長，維修人員的技能水平要求也很高，嚴重影響維修效率。

以往出現此類設備故障的維修方法有兩種：①在線維修更換因碰撞變形和斷裂的零件。因夾持器碰撞后整體偏移無法測量，只能多個工位比對更改機器人工作軌跡滿足生產工藝要求。對產品質量穩定性影響較大且維修時間在300分鐘以上。②訂購一對一的整體夾持器備件。碰撞故障通過整體更換夾持器備件的方法維修，備件設備更換后仍然需要精調尺寸。維修時間在200分鐘。以上方法均費時費力對維修人員的技能水平要求也很高，造成長時間設備停臺，原始數據更改零件質量波動，設備備件占用千萬以上的資金且利用率低。

2? 實現目標

建立虛擬夾持器。取消155套夾持器備件的訂購。在設備維修中總結經驗，在Q5L車型新項目試點。通過研究Q5L車型155套夾持器的安裝結構及使用特點，設計研發了一套機器人工藝設備3D校準工具。通過此工具將每一套夾持器的關鍵定位點通過機器人編程記錄存檔。

3? 具體實施方法與步驟

設計研發了一套機器人工藝設備3D校準工具。利用這套校準工具作為基準，我們將夾持器上定位銷、吸盤、夾爪等關鍵部位空間位置鎖定，編寫機器人軌跡校準程序。當夾持器發生碰撞維修后，通過校準程序可以快速診斷關鍵部件位置偏差，達到快速調整和校正的作用。不需要更改機器人運行軌跡，也不許要更換整體備件。如圖6、圖7。

利用我們研發的這套3D校準工具作為基準，前期將夾持器上定位銷、吸盤、夾爪等關鍵部位空間位置鎖定，編寫機器人軌跡校準程序。當夾持器發生碰撞維修后，通過校準程序可以快速診斷關鍵部件位置偏差，達到快速調整和校正的作用，維修效率提高80%以上。如圖8。

這套工件通過組合，可以適用不同設備、不同區域、不同空間的機器人自動工藝設備，并具有很強的推廣價值。

4? 方案可行性分析

針對3D校準工具的使用進行規范，編寫校準工具使用說明書，如圖9。規范焊鉗、自動夾持器、涂膠槍等等各類設備的使用標準，如圖10、圖11。更換損壞的組件后需要在線對設備定位點坐標調整。無需更換整體備件和更改機器人軌跡，提高維修效率。

5? 預期效果

①降低設備維修工時：通過此工具的應用，每次夾持器碰撞維修時間有原來300分鐘降低到150分鐘。

②降低設備備件采購成本：采用3D校準工具維修自動夾持器后不需要一對一的訂購夾持器整體備件。Q5L車型155套夾持器節約備件采購成本1000萬元以上。

③保證產品質量穩定：因不改變機器人運行軌跡，通過校準工具將變形的設備關健定位點3D位置重新調整，保證設備故障前后的位置不變，從而保證產品質量穩定，避免造成批量質量缺陷。

6? 階段性成果

取消Q5L車型155套夾持器備件訂購，節約備件采購成本1000余萬元。已建立虛擬夾持器存檔132套。此成果推廣已推廣C8車型。節約備件采購成本1200萬元。已建立虛擬夾持器存檔22套。2019年使用此工具共計維修夾持器碰撞損壞故障3次。合計維修時間445分鐘。

7? 其他方面

此工具在其他機器人工藝設備如：自動螺柱焊，自動涂膠槍，FDS子攻擰緊等設備同樣適用。

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