工业机器人在缝纫机铸件加工中的应用

于晓东 孙震礼 杨宁

（安徽埃夫特智能装备有限公司，安徽芜湖，241000）

编 者 按

安徽埃夫特智能装备有限公司是我国机器人领域的一颗耀眼新星，公司成立于2007 年，注册资本1 亿元，是专门从事工业机器人、大型物流储运设备及非标生产设备设计和制造的高新技术企业。在短短的几年时间里，埃夫特实现了从科研到产业的顺利拓展，先后牵头承担工信部国家科技重大专项2 项，科技部863 计划项目4 项，发改委智能制造装备发展专项3 项，安徽省科技攻关项目3 项，获得国家科技进步二等奖1 项，参与制定机器人行业国家标准1 项。公司研制的国内首台重载165kg 机器人载入中国企业创新纪录，荣获2012 年中国国际工业博览会银奖。

目前,埃夫特公司的产品已广泛应用到汽车及零部件、家电、电子、卫浴、机床、机械制造、日化、食品和药品、光电、钢铁等行业，同时出口到韩国、南非等地。为让行业内外更多人士更好地了解埃夫特，本期集中介绍该公司的几个应用案例以飨读者。

0 引言

在缝纫机头加工领域，生产自动化水平多年停留在较低层次，整个机头加工过程多采用人工进行上下料工作，危险度大、效率低、次品率高，而且随着人员成本不断上涨，加工产品的利润率越来越低。为了提高产品性能，降低人工在生产过程中的不利因素，部分生产厂家开始使用机器人替代人工进行机头的上下料工作。

机器人作为智能装备，具有精度高、稳定性好、柔性化高等特点，使用机器人不但可以减低人员成本，提高设备利用率，还可以有效控制产品质量。本文以安徽埃夫特智能装备有限公司开发的ER50-C20 工业机器人为例，通过仿真软件，规划机器人工作轨迹路径，实现机器人搬运缝纫机头坯料进行机械加工。结果显示，使用机器人进行上下料不但改善了产品质量，而且在减轻员工劳动强度的同时，还减低了对员工生产技能的要求。

图1 ER50-C20 机器人模型

1 机器人结构及参数

机器人主要由机械本体、驱动部分、计算机控制系统、传感系统、输入/输出系统接口几部分组成。本文介绍使用的是ER50-C20 机器人，该机器人为6自由度串联机器人，见图1，主要参数如图2 所示。

图2 ER50-C20 机器人主要性能参数

2 项目工艺分析

2.1 工位叙述

整个缝纫机头加工项目的工艺如下∶

以上共计6 道工序18 台机床。

在该项目中，机器人末端采用柔性补偿器抓手，并附带气路单元、主站PLC 等。

根据缝纫机加工工艺以及机床尺寸，整个加工过程共计分为7 个工位：第一工位为人工上料工位，主要进行拆垛以及输送；第二工位用1 台机器人服务4 台机床；第三、四工位每台机器人各服务2 台机床；第五、六工位每台机器人各服务4 台机床；第七工位1 台机器人服务2 台机床，并将加工好的产品进行码垛。

工位间通过转料台转料，第一工位为输料台输送坯料，整线采用PLC 控制，PROFIBUS 总线通信，平均上下料节拍为25s。详细布局图如图3 所示。

整个工位设备包括：输送料道、ER50-C20 机器人、机器人用柔性抓手、按钮盒、PLC 控制系统、安全防护。

2.2 末端执行机构

根据项目工艺要求，末端执行机构采用柔性抓手，即抓手与机器人之间通过柔性补偿器连接。

在加工过程中，机床加工要求工件定位精度为0.03mm，定位精度要求较高，而机器人将工件放置于工位的重复定位精度为±0.15mm，如果只采用机器人进行定位则无法满足精确定位的加工要求。为此，项目引入柔性补偿机构，如工件与机床工装配合存在位置偏差，柔性补偿器将主动从不同角度对机器人进行补偿，减小工作定位销对机器人的硬接触力。

图局布面平 3图

柔性补偿器的使用，不但可以避免机器人与机床工装硬接触导致的机器人过载，还可以减小机床上工装定位销的磨损，高效实现高精度产品的上下料工作。

机器人抓手根据厂家提供的产品数模或实际样品进行设计，样图如图4 所示。

图4 机器人抓手

3 控制系统

3.1 系统控制

系统控制逻辑图如图5 所示。

图5 系统控制流程图

整个项目采用PLC 作为主控单元，PLC 通过控制独立的机器人系统以及机床系统进行协调作业。操作人员通过人机交互界面操作以及监控机器人的状态。

在自动状态下，操作人员只需操作按钮就可实现生产线的启动和停止。具体控制过程是：将电控系统上电；启动PLC；PLC 控制机器人以及机床进行自检。

机床进行自检时，如果有故障，机床将停止；此时，机器人检测是否在等待工作位置，如不在工作位置将停机。

如果自检机器人以及机床均在指定位置，机器人、料道以及机床将进行协调作业，完成一次工作，自动进入下一次循环。

3.2 工位布局仿真

项目在具体实施前，要使用DELMIA 离线仿真软件，对现场机器人进行三维布局，验证机器人柔性抓手以及机器人之间是否存在干涉；同时，根据仿真结果测算机器人工作节拍，确认机器人底座高度，各个机床摆放位置，验证机器人可达范围，保证机器人与机床之间最大有效服务距离等。

详细仿真图如图6 所示。

图6 机器人三维布局图

3.3 机器人示教

通过现场对机器人轨迹的记录，进行机器人位姿修改、I/O 信号设置，完成机器人与机器人的配合。初次调试后，整个项目会优化机器人运动轨迹，删除部分多余运动轨迹点，缩短机器人信号通信时间，提高机器人工作效率，并通过设置机器人干涉区，防止机器人间以及机器人与机床的潜在碰撞，提高生产线稳定性。

当两台机器人存在潜在碰撞危险时，优先运动的机器人发出干涉区信号，防止其他机器人进入潜在碰撞区。

4 总结

使用机器人进行缝纫机头生产并上下料，不但可以降低员工劳动强度，还可以提高产量，降低产品在生产过程中存在的潜在风险；使用机器人生产缝纫机头，不但加工精度得以保障，而且废品率也大幅降低，产品一致性以及质量远远好于人工生产的产品。

[1] 郭继红.工业机器人技术[M].西安∶西安电子科技大学, 2006.

[2] 蔡自兴. 机器人学基础[M].北京∶机械工业出版社,2009.

[3] 孙树栋.工业机器人技术基础[M].西安∶西北工业大学出版社. 2006.

[4] 王广雄,何联.控制系统设计[M].北京∶清华大学出版社,2007.