基于ABB机器人的冲压线上下料系统构建及实验

江效友　杜纪光

摘 要：文章通过对ABB机器人的深入研究，在汽车柔性自动化冲击生产线的基础上，建立起与之相适应的上下料系统，然后对ABB机器人进行上下料轨迹的规划，进而利用相关的软件技术对机器人自动化上下料进行离线仿真，同时为了让机器人在上下料方面实现自主研发，从而为整个工作程序提供强大的技术保证，开展机器人在线上下料模拟实验，以确保ABB机器人冲压线上下料系统的不断丰富和完善。

关键词：ABB机器人；冲压线；上下料

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0063-01

冲压线是汽车企业中最为核心的技术环节，因为在制造汽车的过程中汽车的车身的金属件内基本全是冲压件，而对着汽车企业近几十年的发展，在取得巨额利益的时候，大部分的汽车企业始终保持着单一的生产模式，机械手高效冲压线仍然是大型冲压设备的主要形式。随着近年来现代化程度的不断提高，我国已经成为世界上最重要的汽车产生和消费大国，人们对于车型的重视程度越来越高，导致企业在生产过程中汽车的覆盖件自动化冲压逐渐从大批量、单一化的刚性生产模式转变为小批量、多品种的生产模式，进而实现“一线多用”的冲压目标。

1 机器人上下料系统的搭建

1.1 机器人系统的搭建

ABB六自由度关节型串联机器人、Flex Pendant示教器、IRC5控制柜、Robot/Robot Ware离线编程软件和机器人手册共同组成了机器人系统。

1.2 真空系统的搭建

真空系统的原理与汽车覆盖面大而轻、薄而坚的构造相符合。由于目前还没有端拾期标准产品与ABB机器人形成很好的配套，因此，需要工作人员自行选购汽车的真空系统元件。具体来说，要坚持以下选购原则：①在施迈茨真空泵的选择上，要根据矩形板料的重量、吸盘的数量、最小估算尺寸以及气路耗损等多方面的综合因素进行全面考虑，并且还要能够提供-85 kPa真空度。②根据对以上所选择的矩形板料的重量、吸盘数量、最小估算尺寸以及气路耗损等进行相关的计算和分析，继续选择直径为30 mm的真空吸盘。③根据实际需求选择施迈茨真空开关以及缓冲支杆的数量，因为真空开关可用来检测真空系统的起压强度，而缓冲支杆则可以有效调整端拾期的垂向压缩量。④电磁阀控制气路的通断，因本真空系统提供的是负气压，因此不可选取工作压强为正的先导式电磁阀，而应该选择直通式电磁阀。

1.3 机械系统的设计

机械系统设计的主要内容包括端拾器和上下料平台。选定端拾器的质心位置以及加工材料，以此对机器人手腕承载情况进行分析；然后根据吸盘在板料上的不同布置，将端拾器设计为对称结构；进而确定机器人原点位姿下的工作空间，对上下料平台与机器人之间的实际距离进行相关设计；最后，上料平台从上到下主要由对尺桌面、上料托板和支架组成，下料平台从上到下主要由模具桌面、下料托板和支架共同组成。

1.4 视觉系统的搭建

将视觉对中功能加入到冲压自动化生产线中，其意义相当于将多条用途单一的生产线转换为1条具备多功能自动化特点的生产线，在工作过程中只需调整视觉对中程序，ABB机器人便可对不同形状大小的汽车零件进行自动对中。这项技术目前已经被成功应用于一些发达国家的汽车制造车间中，应用过程比较方便，可提高工作效率，为企业节省制造成本。但在现阶段，我国的一些汽车制造企业并没有研发出相关的视觉自动对中技术，而且由于起步工作较晚、发展速度较慢，在同行业之间缺乏专业的技术人才作为支撑，此外，发达国家在相关领域的优势逐渐演化为技术垄断，同时费用昂贵，在引进发达国家的技术手段时也会遭遇相当大的阻力。因此，与发达国家相比，机器人上下料系统技术在我国还处于应用的初级阶段，与发达国家之间仍然存在相当大的差距。

机器人视觉自动对中技术的原理为：工业摄像机将拍摄到的图片传送到PC机，此时图像的处理系统会自动对位置、角度、偏差等数据进行矫正，然后将比对的结果与标准图像进行比较，进而再将可调整的偏差值转变为机器人可以识别的指令，自动调整机器人的抓取位置；选择不同条件下的拍摄状态，对外形尺寸、下料平台的对尺槽精度等综合因素进行全面考虑，然后采用MV-2000UC的彩色摄像头。

1.5 电气系统的开发

分路块、真空泵、真空吸盘、缓冲支杆等共同构成了ABB机器人上下料的真空系统。

2 ABB机器人上下料离线仿真实验

将上下料平台和端拾期的三维模型导入到ABB专业离线仿真软件环境当中，然后按照预定位置对上下料平台进行安放，由于上料平台上的摄像机支架会阻碍到机器人的末端轨迹，因此在安装端拾期的过程中，要注意将短边尺寸朝向支架，同时端拾期的位姿保持不变。

在ABB机器人进行离线仿真的过程中，控制器会首先向服务器发送请求信号，然后将得到的相关信息直接传送给机器人，机器人在接受相关的指令之后会在短时间内到达指定的位置，由此确保了ABB机器人在离线仿真实验中工作的精准性。

3 ABB机器人上下料在线模拟实验

在机器人进行上下料任务流程图时，为了保证其工作的稳定性，进而有效提高工作的效率和质量，机器人运动的每段轨迹都要尽量选择直线。此外，机器人的法兰盘要始终与地面互相垂直，这样可保证吸盘的稳固性。取料过程中，端拾器要处于板料的中心处，为了消除偏置荷载和扭矩的不良影响，在运行过程中，机器人的第六轴要主动对转角进行调整，而端拾器则可保持同一姿态不变。而且在此期间第六轴与摄像机的支架之间要保持足够的安全余量，不可出现多余的停顿点。

为了在传送物料时实现智能化和自动化的优势，原有的机器人上下料系统无法真正满足实际的上产需要，所以将视觉对中技术融合其中之后，形成了冲压自动化生产线，某种程度上大大提高了生产效率，节省了企业的成本开支，为企业带来了良好的经济效益。

4 结 语

冲压线上下料机器人系统的搭建工作是一项包含内容众多、结构复杂的系统性工程，而冲压线又是汽车企业在生产制造中最为关键的环节，其工作质量的好坏将会对企业的生产和发展产生直接的影响。本文根据企业生产的实际要求完成了冲压线上下料机器人系统的搭建工作，从汽车零部件的选择到对其具体的设计和试验，为最终机器人上下料的模拟实验打下了良好的基础，同时也为其他同等类型的ABB机器人上下料系统的搭建工作提供了参考。

在完成ABB机器人上下料系统的搭建工作之后，还要对其上下料的运动轨迹进行更合理的规划，从而从根本上实现机器人上下料的离线仿真系统，模仿真实的冲压线生产过程，进一步累积机器人上下料系统实际的工作经验和教训，从而为我国机器人上下料技术的发展提供强有力的技术保证和支持。

参考文献：

[1] 王嫦美.柔性冲压线机器人选型与上下料系统构建及其实验研究[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

[2] 侯雨雷，王嫦美，杨彦东，等.基于ABB机器人的冲压线上下料系统构建及其实验[J].制造技术与机床，2014，（8）.