关于提高ABB机器人六轴稳定性的研发

向明波　何忠　朱嘉

摘 要：我车间4台ABB机器人承担着全年95%以上的成品卷烟转运工作，每台机器人每天的任务量相当繁重。在最初的设计中，机器人手爪部分的线缆（包括电路和气路）为直接相连，在机器人端部六轴旋转时，线缆会随六轴旋转1周。在旋转过程中，线缆不仅被扭曲，还要被拖紧、放松，进而导致气路和电路受损。4台机器人的使用时间已超过8年，其间，由于气管破裂、电路故障造成的烟包损坏不计其数。气管更换、电路恢复对生产的连续性、车间现场管理的影响巨大。因此，为了解决上述问题，将六轴线缆中的部分安装结构由固定结构变为了可活动结构。

关键词：ABB机器人；工作原理；卷烟；运动限制

中图分类号：TP242.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.019

目前，国内各烟厂均使用直接连接的方式安装线缆。在使用过程中，存在保养费用高、维修量大和烟包损耗大的情况。而当今机器人的发展趋势为：使用越来越灵活、不断突破运动限制和功能限制；运行稳定性不断提高；作业成功率逐步攀升。

2012-11-06，中国国际工业博览会上推出了新型开门机器人IRB 5350和多个领先的机器人解决方案，展示了ABB在工业自动化生产和机器人应用领域的领导地位。

顾纯元博士（ABB离散自动化和运动控制业务部北亚区及中国负责人）说：“中国目前正处于经济结构调整的重要阶段，增效节能是中国产业转型和升级的重要策略之一。作为全球自动化技术领域的领导者，ABB通过提供领先的机器人产品、解决方案和帮助客户大幅提高产品质量和工业生产率，积极推广了符合中国新能标准的高效节能电机产品，助力客户提高能源效率和实现节能减排的目标。”

1 工程背景

ABB机器人是一种通用的自动机械，能够重复、高效地完成一些机械动作，也可以编入不同的程序完成不同的机械动作，从而节省人力、物力。ABB机器人的核心技术是其控制系统。机器人控制是一项跨越多个学科的综合性技术，它几乎包含了自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。机器人技术对我国的传统工业，对工业生产的现代化和科学技术的发展起到了越来越多的推进作用。同时，它对提高劳动生产率、提高产品质量、改善劳动条件、促进企业产品的柔性化等发挥了重要作用。

1.1 设备概况

ABB机器人多作用于机械化生产线，不同的ABB机器人有着不同的作用，也有着不同的型号。比如ABB IRB 6640机器人，它具有以下4方面的特点：①有效载荷高。有效载荷为235 kg，适合众多重型工件的搬运。IRB 6640 ID （internal Dressing）的有效载荷为200 kg。IRB 6640配备第二代TrueMove和QuickMove技术，机器人的动作更加精确，编程时间较短且工艺效果好。②安装、维修简便。此种机器人简化了铲车叉槽，机器人的底部空间较大，使维修变得方便。为了方便吊装，质量减轻了约400 kg。③具有多种防护等级，可在不同的环境中使用，比如铸造专家型、铸造加强型和洁净室型等。④ABB洁净室型机器人经过特殊工艺制造而成，可全面检测包装，最大程度地减少操作中产生的微粒。IRB 6640经权威洁净室研究机构IPA认证。

1.2 机器人的生产状况

机器人的生产状况可概括为以下6点：①ABB机器人性能总体稳定，但有时也会出现一些故障。②当ABB机器人试教盒显示器、计算机和伺服驱动板的指示灯亮时，系统可能无法进入初始化状态。③ABB机器人会与障碍物碰撞或摩擦。④ABB机器人的零点数据丢失，调零后的工作对接位置不准确。⑤ABB机器人试教方向失去控制、不能正常通电等。⑥现阶段，ABB机器人技术基本根据自带的技术实现，根据产品出厂说明书指示工作。其中，虽然有些弊端不利于某些企业生产线上的工作，但已经给企业带来了经济效益。ABB机器人的工作效率直接影响着生产线的产出率，可决定产品的一致性和优良性，并能大大降低生产成本。每台ABB机器人相当于几倍人的工作效率，其可靠性也是比人工高。

机器人码垛的过程为：箱体通过2条输入传送带运送至整形区域，通过整形机构完成整形操作；完成整形的1层箱体运送至机器人抓取工位，并通知堆垛机器人；空托盘通过对应的传送带运送至机器人工作区域中的指定位置；机器人接收到信号后，抓取完成整形的箱体，并将其放置于堆垛工位的托盘上。由于机器人执行机构为独立系统，需要将气路和电路信号传输到执行机构上。现有设备的气路、电路由普通气管和电缆组成，在机体外走线至执行机构，这会导致线缆在机体上频繁摩擦、扭转，容易出现损伤或断裂。特别是连接执行机构的6轴部分尤为明显，经常要随执行机构旋转360°。

2 主要研究内容

主要研究内容为提高机器人六轴气路、电路传输的稳定性，并在设备走线和传输方式方面进行思考，使机器人执行机构在执行过程中减少线路的摩擦和物理扭转。

3 技术要点

3.1 机器人六轴气路中转机构的密闭性

如果机器人六轴通气管道漏气，会导致抓取压力不足，进而造成烟包在抓取过程中掉落。

3.2 机器人六轴电路中转信号的准确性

如果机器人六轴电路信号不稳定，会导致中转信号不准确，进而造成无法正常搬卸货物、码垛和拆垛，使工作无法按时完成。

3.3 机器人运行的安全性和稳定性

操纵器运行时，它可能会执行一些意外或不规范的动作，这些动作都会产生很大的力量，进而严重伤害工作人员或损坏操纵器工作范围内的任何设备。

机器人手臂系统的质量非常大，如果因没有连接制动闸、连接错误、制动闸损坏或任何故障而导致制动闸无法使用，则会产生危险。如果即将发生危险，则应紧急关闭设备。

4 项目实施方案

4.1 分析码、拆垛现场和烟包抓取流程

机器人的标准堆垛工位一般由两三个输入线和两三个堆垛工位组成。作业时，件烟以竖立姿态输入，对于非顶层件烟，机器人手腕以顶吸（或底托叉）的方式一次吸3件或2件，按“3纵2横+2横3纵”的方式组成首层，第二层反之，顶层为2次平抓。在顶层机器人单件作业时，手腕会旋转90°，并以平躺的方式放置顶层件烟。

机器人的标准拆垛工位由2个拆垛工位和1个输出线（包括翻转机构）组成。对于平躺姿态的件烟，在拆垛时，机器人平行吸取件烟，并直接放置于输出线上；对于竖直姿态的件烟，拆垛时，机器人平行吸取件烟，放置于输出线上的翻转机构上，并由翻转机构依次将件烟翻倒输出。

4.2 中转装置

中转装置的具体结构如图1所示。

从图1中可以看出，将A点以前的管路埋入机体，并从机体内部穿出，这样可实现线缆在4轴处随机体自由旋转；在J，H，G点处设置线缆旋转机构，并加上线缆护套K，可实现手抓执行机构在旋转过程中的线缆随机转动，从而使线缆减少扭转次数。此外，加入线缆旋转护套K后，可避免线缆在机体上摩擦。

4.3 模拟测试

在拆垛一号机器人上进行了实机测试，可满足运行和安全条件。

5 周边系统支持

5.1 系统可行性

本地聚集了大量人才，对各种型号的机器人已完全掌握，同时，还具备创新和更深层次的开发技术。

5.2 技术可行性

已熟悉机器人6个轴承及其相关部件，熟练掌握了机器人的维修和故障排查技巧。

5.3 经济可行性

本地区具有国内领先的技术水平，且得到了当地政府的大力支持，企业管理人员已到位，不存在经济方面的问题。此外，产品的性价比远远超过人工生产，还能减少人工的需求，1台机器人设备就能给本地带来极大的经济效益。

5.4 法律可行性

本地在购买机器人设备后，已具备对产品的使用和创新的权利，不存在侵权等现象。

5.5 验证

具体验证数据如表1所示。

6 结束语

通过上述对ABB机器人六轴承稳定性的探究，我们对机器人的原理和常见故障有了一定的了解，并可有效解决这些问题，但还有许多未知的问题等待我们去发现和研究。只有通过不断的研究和探讨，才能使机器人得到更好的运用和维护。

参考文献

[1]张永江.运动控制之新[J].世界仪表自动化，2009（02）：13-14.

[2]丁涛，袁勃.机器人故障维修实例分析[J].汽车科技，2011（03）：23-24.

[3]梁秀璟.机器人太阳能产业变革的关键力量[J].自动化博览，2012（05）：41-43.

〔编辑：张思楠〕