提高ABB机械手运行效率

2014-12-02唐鹏

科技传播 2014年4期

唐鹏

上海烟草(集团)公司北京卷烟厂，北京 101121

1 工具吸附力不足造成的影响

1.1 现象描述

在日常生产过程中，ABB 机械手通过安装在第六轴的抓取工具使烟箱能够伴随机械手运动到指定位置。ABB 机械手每天单台次需要完成至少2000 次搬运任务，在搬运的过程中如果抓取不稳造成烟箱掉落则会导致ABB 机械手停机。通过查阅掉烟停机记录发现，操作人员平均处理一次此类故障的时间约为5 分钟，并且在排除烟箱质量和封装等因素造成的掉烟停机偶发事件后，统计结果表明由于工具吸附力不足造成的掉烟故障报警每台次ABB 机械手多达10 次/天并且存在连续性掉烟的现象，停机时间比重达到4%。因此工具吸附力不足是影响ABB机械手运行效率的因素之一。

1.2 吸取原理介绍

ABB 机械手在得到拾取信号后打开空气阀门向吸盘中的空气导管吹入正压风。正压风经过导管内层通道被推送进连接在吸盘外部的一个中间镂空的圆柱体装置。此装置对正压风进行疏导，模拟出类似龙卷风的气流循环从而使装置内部镂空部分压强倍数小于大气压强。这样在烟箱与吸取面贴紧后通过虹吸原理，由导管外层通道将吸盘内部相对镂空处压强较高的空气导出从而产生真空吸附力抓取烟箱。

1.3 解决措施

首先，我们检查气路发现吸盘的海绵接缝处存在一些横切裂纹。海绵裂纹处在ABB 机械手进行抓取烟箱时被拉扯形变使得烟箱和吸盘贴合不密切造成吸力减弱。于是我们更换了新的海绵吸盘并且在海绵连接处加注一层密封胶。虽然在更改完成后掉烟故障有所减少，但是在烟箱封装正常的情况下连续性掉烟故障仍然存在。为了彻底解决问题，我们拓展思路将焦点转移到负压力产生的环节。当再次出现连续掉烟的情况后，我们对吸盘的吸附力进行了细分化测量。测量结果显示，吸盘不仅整体吸附力出现明显下降，并且同一块吸盘不同位置的吸附力出现不平均的现象。于是，我们对吸盘进行了全面的拆解发现导气管的外层管壁两个吸放气阀门处附着有大量的粉尘颗粒。我们通过实验发现，粉尘颗粒堆积足以降低气阀关闭后的气密性，使得虹吸作用受到影响造成吸盘整体吸附力下降。并且由于虹吸阀门与两个放气阀门的排列关系，虹吸口所在的三分之一区域内的气压能够总是保持正常值但是其他两个区域则明显降低造成烟箱倾斜式掉落。我们在现有条件下尝试通过两种途径解决这类问题。一方面，我们通过修改程序，延长ABB 机械手自清洁时间。在程序段中找到控制ABB 机械手关断吹气的条件触发语句：

TriggIO trBlowOff，100startGOp：=goBlowOn，0；

其中，数字100 为关断延迟时间。，我们通过实际测算将关断时间延长到200，这样既不影响下次抓取产生真空的过程又能够多出一倍的自清洁时间进行放气阀门除尘。另一方面，我们通过改变吸盘排列顺序使得吸力能够被动互补达到吸取要求。

因为每两个吸盘组成一个抓取单位吸取一箱烟，所以我们将现有的两个虹吸口一字式排列改为对角式排列。这样的排列确保在其中一个吸盘出现吸力不均匀的时候，另一个能够进行弥补从而达到稳定抓取的效果。在对抓取工具进行全面优化后，再没有烟箱掉落的现象发生，并且延长了抓取工具除尘保养的周期。因此我们的解决措施提高了ABB 机械手的运行效率。

2 机械手返回初始点功能不完善和操作繁琐造成的影响

2.1 现象描述

当ABB 机械手执行搬运任务的过程中由于烟箱质量缺陷或者箱皮吸合面与烟箱本体出现分离现象，ABB 机械手会自动强制停止运动并警告人工介入处理。在这种情况下，操作人员需要手动对其进行关断抓取动作并且当ABB 机械手工具处在安全设定区域外时还需要手动完成返回初始位置的动作。经过测算，操作人员每次需要对示教器进行至少十二步操作最快3 分钟才能完成，造成ABB 机械手运行效率的降低。

2.2 解决对策

2.2.1 优化回复初始位置程序

ABB 机械手在设计之初是以28 件烟垛型和30 件烟垛型两种运行模式进行程序限定的。当执行30 件烟垛型任务时，烟箱均为直立码放，高度几乎与ABB 机械臂的关节极限位移相近；执行28 件烟垛型任务时，由于上部8 件烟横放所以高度比30件烟垛型要低。因此ABB 工程师以30 件烟垛型为基础，仅将拾取站台侧的90 度范围区域设定为了安全区并且禁止ABB 机械手在码垛区自动回到初始位置以避免撞烟。但是目前我厂只在运用28 件烟垛型，这个自动回到初始位置的区域对此种垛型就显得过于狭小，所以我们可以通过放大安全区域和简化码垛区域操作两种手段来对回复初始位置程序进行优化。

1）增大程序中极限数值的限定

当ABB 机械手执行PP TO MAIN 指令后，会在程序中调取坐标数值比对语句对当前坐标值与三维坐标系X、Y、Z 极限值进行比较。我们利用ROBOTSTUDIO 软件在MainModule 程序中查找到返回初始点的RHOME 程序块，将其中设定极值的语句段进行更改，如下图2 所示：

图2 修改后极值语句

修改后的程序将图1 中原先设定的90 度安全区扩展到图2 所示重新限定的190 度并且能够保证ABB 机械手自身运动过程中不会出现关节死点。这样ABB 机械手在安全拾取区域出现需要PP to Main 的情况时，都可以自动运行程序回到初始位置。

2.2.2 设置常用功能按键

在进行故障处理和运行PP to Main 等操作时，有一些经常使用到的命令。我们对其中需要繁琐切换菜单列表才能够查找到的命令进行了总结归纳，整理出频繁使用并且最费时的四项操作：三个真空释放和指针回零。运用示教器上可编程控制按键设置服务，依次对设备自带的四个自编程按键进行编辑指令并且将真空释放的三个指令和指针回零分别设置为脉冲式和松开即完成模式，已达到在自动状态下一键式完成我们需要的规定动作。按键设置修改完成后既方便了维修测试也缩短了操作员作业时间。

在对程序及操作进行优化后，我们测算了操作人员处理ABB 故障和控制回到初始位置的时间仅为20 秒钟，显著的缩短了ABB 机械手停机时间，提高了设备的运行效率。

3 增加偏移参数修改项目

3.1 现象描述

在我厂ABB 的控制程序中，对抓取物的位置设定只能由物品的长宽高或托盘空间位置的更改进行调节。由于ABB 程序的逻辑为累加式计算法，因此这种调节模式不可避免的会由于烟箱的个体差异造成同一层每抓之间产生矛盾或层与层间产生矛盾。由于频繁的更改参数而造成大量人力资源的浪费及运行效率的降低。

3.2 解决办法

我们通过研读ABB 技术手册，发现可以尝试在程序中添加可控偏移量的方式对抓取位置进行修改。首先我们在UNPACKPARTTERN 模块中加入如下图所示的控制语句：

即在POS 项目中增加一个位置偏移数组并且将参数的功能定义为对每一抓取位置的修改。在后续的TEST NPICKZONE 程序中加入控制语句pTarget ：=Offs(pTarget，nOffsX{nPickZone}，nOffsY{nPickZone}，nOffsZ{nPickZone})；并且此语句必须在原有的RETURN PTarget 语句之前，否则每次修改的参数值只能使用一个循环即被清除为0。