浅谈提高ABB机器人剪带成功率的方法

熊金

【摘 要】ABB机器人在烟草行业可用于对烟箱打包带的剪断和收集，我厂现有剪带机器人存在打包带漏剪情况，剪带成功率较低，平均只有85.54%，未剪断的打包带需人工进行切割，存在一定的质量和安全隐患。针对此情况我们从人、机、料、法、环、测等方面进行了具体分析，找到了烟箱打包带漏剪的原因，并进行了规范来料物料、改装机器人夹具、优化相机识别程序、设计机器人复检系统的改进，使机器人剪带成功率由85.54%提高至99%，消除了质量和安全隐患，减少了人工操作，为打造智能化工厂提供了技术支撑。

【关键词】ABB机器人;剪带成功率;夹具;相机识别程序;机器人复检

中圖分类号： TP242文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）21-0054-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.024

Talking about the Method of Improving the Success Rate of ABB Robot Strip Cutting

XIONG Jin

（Fuling cigarette factory， chongqing China tobacco industry co.， LTD.， Chongqing 408000， China）

【Abstract】BB robot can be used in the tobacco industry to cut and collect the packing belt of cigarette box. The existing cutting robot in our factory has the situation of missing shear of packing belt. The success rate of cutting belt is low， with an average of 85.54%. The uncut packing belt needs to be cut manually， which has certain quality and safety risks. In view of this situation， we made a concrete analysis from the aspects of human， machine， material， method， ring and measurement， found out the reasons for the missing shear of cigarette box packing belt， and made improvements in standardizing incoming material， refitting robot fixture， optimizing camera recognition program and designing robot re-inspection system， so as to increase the success rate of robot shear belt from 85.54%. 99%， eliminating the hidden dangers of quality and safety， reducing manual operation， and providing technical support for building intelligent chemical plants.

【Key words】ABB Robot;Success Rate of Strip Shearing;Fixture;Camera Recognition Program;Robot Re-inspection

0 引言

在烟草行业，为防止片烟从烟箱中滑落，一般烟箱上都捆扎有打包带，而ABB机器人的作用就是将打包带从烟箱上剪断和收集，以利于后续工序取出片烟。其工作过程为：烟箱进入剪带工位，通知相机拍照，相机将烟箱上打包带的位置坐标发送给机器人，机器人“剪带工具”根据坐标方位搜寻打包带，触发打包带到位开关并剪带，最后将编织带送入收集箱。目前剪带工位存在部份打带包带漏剪，需人工用自制割刀割断编织带，割断后的编织带会散落到下道工序，存在一定的质量和安全隐患。针对漏剪情况，我们进行了具体分析，找到了解决打包带漏剪的方法，并进行了相关改造，提高了ABB机器人剪带成功率。

1 ABB机器人剪带成功率低的原因分析

1.1 相机对烟箱上的打包带识别率不高，机器人找不到打包带

1.1.1 相机图象处理程序设计简单化

相机图象处理程序采用单边单框法，当像素从一个值突然跳到跨度很大的另一值时，即找到一个单边，相机认为找到打包带。通过此算法，相机有时会将一些污垢和褶皱识别为带子，有时某些颜色的带子与箱子颜色接近，又不能找到带子，造成机器人误剪或剪不到带子，剪带成功率低。

1.1.2 烟箱原因

（1）烟箱表面中部凸出，当相机照相时，侧光源被反射，反光强烈，白色打包带与反光混成一片，造成相机不能识别白色编织带。

（2）烟箱表面中部凹陷或有破损，打包带或烟箱破损处在光源的照射下呈现阴影，相机将此阴影识别为打包带，造成机器人误剪，使相机识别打包带成功率降低。

1.1.3 打包带原因

（1）打包带颜色种类多，有白色（包括半透明白色）、黑色、草绿色、蓝色等，由于不同颜色在不同光线下相机成像存在区别，造成相机处理难度增大，从而使得打包带识别率不高，以草绿色和白色举例，在当前光线下将草绿色带子参数调好后，却不能适用于白色。

（2）打包带捆绑较松，带子存在侧立情况，相机不能确立打包带两条边缘，此种情况下各种颜色的打包带都不能被识别。

（3）打包带捆绑位置太靠近烟箱边缘，超过相机识别范围（相机识别范围过于靠边，会造成机器人几何角度死角，使机器人停机），此种打包带就不能识别。

1.2 机器人夹具设计不完善，找到打包带后剪不断

我厂采用RE型剪带机器人夹具进行剪带，其夹具主要由抄带组件和断带组件组成，现有夹具在抄带过程中，存在不能将打包带有效导入断带组件，使得打包带出现剪不到或剪一部分的情况。其主要存在的问题有：

（1）夹具限位挡块高度不够，原限位挡块高度为25mm，而导带腔高度35mm，生產中出现有打包带越过断带组件，没有完全被限定在断带腔内，造成编织带部分剪不断的情况。

（2）导带块设计不完善，部分打包带卡在压块侧，不能进入断带组件。

（3）打包带到位感应块高度设计不合适，约81mm，如果烟箱表面倾斜或高低不平，会提前触发剪带，造成提前剪带。

2 提高机器人剪带成功率的几点思考

2.1 针对相机对烟箱上的打包带识别率不高，我们提供的方案是

2.1.1 优化相机图像处理程序

之前的单边单框法查找打包带位置，易出现机器人误剪和漏剪等情况，现重新设计相机双边双框检测法，当只有打包带的两条边，以及烟箱上下两边都检测到两条边时，才认为找到打包带，以增加检测精度，提高剪带成功率。

2.1.2 规范来料烟箱

统一使用较新烟箱，一是解决烟箱表面中部凸出，反光强烈造成相机不能识别白色编织带的问题，二是解决烟箱表面破损、凹陷等形成的成像阴影问题，从而增大烟箱表面与打包带之间的色差，提高相机识别打包带的能力。

2.1.3 规范来料打包带

（1）规范打包带颜色，实际生产中发现白色带子大部分时候识别率较高，但在烟箱表面中部凸起时存在反光较强，白色带子与反光混为一体，相机反而不能识别的情况，而此种中部凸出的烟箱从来料方面不易控制，因此建议选择识别率较强的草绿色打包带。如果能够统一使用较新烟箱，烟箱表面没有污垢、褶皱、破损、凹陷等现象，草绿色打包带就能很好地识别。因此统一打包带颜色为草绿色。

（2）规范打包带位置，打包带位置不能太靠近烟箱边缘，建议打包带距离烟箱边缘不小于15cm，这样一是避免打包带不能识别问题，二是杜绝机器人动作进入几何死区，三是减少机器人夹具将烟箱刺穿的风险（有时烟箱边缘高于其他地方，机器人夹具从内部较低的方向较高边缘寻带时可能刺穿烟箱）。因此建议打包带距离烟箱边缘不小于15cm。

（3）规范打包带绑扎力度，打包带绑扎太松，可能造成打包带侧立从而使相机不能识别，绑扎过紧，如打包带陷入烟箱中，机器人不能将带子滑入夹具中，造成漏剪。因此建议打包带绑扎力度适中，不能过松过紧。

2.2 针对机器人夹具设计不完善，我们提供的方案是

（1）针对夹具限位挡块高度不够，根据原有夹具尺寸，增加限位挡块长度至合适位置，将打包带控制在断带组件范围内。

（2）针对导带块设计不完善，延伸导带块尺寸（以60.2mm为半径，垂直方向延长19mm）至压带块侧，使打包带不再卡在动力座侧。

（3）针对打包带到位感应块长度设计不合适，根据现场情况将感应块宽度减短至合适尺寸，使其只有在接触到打包带时才触发断带组件。

3 提高机器人剪带成功率方案实施

根据以上思路，我们进行了相关实施，并对实施效果进行验证，发现机器人剪带成功率提高了，但由于物料来源不受我厂控制，剪带成功率存在很大的波动性。因此我们再完善相机图像程序的基础上，对机器人程序进行了优化。

增设机器人复剪程序，首先通过相机识别烟箱表面打包带位置坐标进行剪带，与原剪带程序相似，如果剪完4根打包带（本厂一般一个烟箱有4根打包带），剪带完成。如果剪带小于4根，第二次进行机器人全路径寻带并剪带，其思路如下。

首先我们确定顺物料方向为烟箱入口端。当烟箱到达剪带工位，位置是固定的，机器人根据自身坐标，从距烟箱入口边缘200毫米处（根据实际情况设置距离），从左至右向入口边缘寻带并剪带;然后“剪带工具”旋转180度，从距离烟箱入口边缘100毫米处（根据实际情况设置距离，通过寻带路径的交集避免漏检），反方向从右至左寻带，当“寻带装置”上接近开关检测到编织带，剪带工具剪带;接着机器人从上次剪带处右移100毫米，从左至右继续寻带，直到机器人巡完整个烟箱路径，并将烟箱上所有编织带剪完为止。

最终实施对策如下：

3.1 完善相机图像处理程序

在相机图像处理软件IN-sight中设计双边双框图像处理程序图3。

3.2 优化机器人复检程序

在Robotstudio机器人软件中增设RAPID复检程序，以弥补因为各种原因漏剪的打包带。

（1）首先在主程序main增加机器人复检判断条件，当第一次通过相机识别，剪带数量小于4根，执行复检程序如图4。

（2）增加复检过程中新的NewsearchHeight和NewsearchBlet程序以确定夹具定位方向、姿态及路径，程序如图5。

3.3 完善机器人夹具

（1）针对夹具限位挡块高度不够，根据原有夹具尺寸，增加限位挡块长度至合适位置，将打包带控制在断带组件范围内;改造后限位挡块高度由原来的25mm增加至35mm。

（2）针对导带块设计不完善，延伸导带块尺寸（以60.2mm为半径，垂直方向延长19mm）至压带块侧，使打包带不再卡在动力座侧。

（3）针对打包带到位感应块长度设计不合适，根据现场情况将感应块宽度减短7mm至74MM，使其只有在接触到打包带时才触发断带组件。

4 效果检查

通过以上改造，ABB机器人剪带成功率由之前的85.54%提高到了99%，剪带工位实现了无人操作，减少人工2名，为打造智能工厂提供了技术支撑，并相应地减少了质量和安全隐患。

【参考文献】

[1]《ABB工业机器人编程全集》人民邮电出版社 2018.5.

[2]《In-Sight-使用详解》中华文本库.