机器人随动技术在铸造行业悬链上下件中的应用分析

2022-02-24黄才英刘云云

中国铸造装备与技术 2022年1期

黄才英，甘超，刘云云

（湖南中南智能装备有限公司，湖南长沙 410117）

0 引言

在智能制造高速发展的背景下，工业机器人作为柔性智能制造的关键装备，已成为工业自动化应用中的主力军。随着工业机器人、视觉识别与定位、RFID 识别等的融合，其应用逐步扩展到传统铸造行业中实现自动化较强、人工作业环境较恶劣的领域[1]。

针对传统铸造行业产品批量大、品种繁多、操作人员劳动强度大、作业环境差、生产效率低等特点，具备视觉识别定位功能的机器人智能工作站能够很好地解决传统铸造企业招工难、劳动强度大、有安全隐患的问题，同时为传统铸造建设整厂的智能化、无人化的生产线提供技术基础。

1 工业机器人

工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中[2]。工业机器人基本组成为肘节式6 轴结构的机器人本体、控制柜和示教控制器。在工业机器人应用中不同的应用场景配有不同的机器人夹具，用于完成工件的抓取和放置。

悬链上下件机器人是在悬链上下件环节取代了人工完成工件的自动挂件与取件功能。机器人夹具采用液压夹具，有效提升机器人搬运可靠性，订制的夹臂能兼容多种工件产品的生产，通用型强，可以满足混线生产的需求。同时，为了降低机械定位精度的需求，工作站配备工业智能相机，可以实现工件的型号识别和尺寸定位。

悬链上下件机器人具有速度快、柔性高、效能高、精度高、无污染等优点，主要适应的对象大多为批量重复性或者是工件质量较大以及工作环境恶劣条件。

2 随动技术

2.1 随动技术原理

图1 工厂实景图

随动技术即机器人在上下件过程中附加了一个输送设备的速度，在与输送设备保持相对静止的状态上完成上下件动作。通过在输送设备上安装一个能同步转动的编码器，再把此编码器的信号接入到机器人控制器，再标定出输送设备的速度与方向，就可以把运动矢量叠加到机器人运动路径中，机器人在上下件的过程中，会始终有一个与输送设备一致的速度分量来保持相对静止状态。

2.2 随动技术实现过程

硬件方面需要在标准工业机器人基础上增加一路编码器接到机器人外部轴接口上，再增加一个快速检测信号，用于触发机器人随动过程。硬件联接完成后，需要在机器人端进行配置，定义好名称，分配相应的坐标系，然后需通过触发信号标定输送设备的原点、方向、传动比等，再测试标定数据的准确性，最后就可以示教随动程序进行随动上下件了。

图2 随动硬件联接原理图

2.3 随动技术在铸造行业的应用场景

铸造行业根据工序设计和车间规划，在清理段普遍采用悬链的方式来实现工件在不同工序间的流转。就存在着工件在悬链上的上件和下件需求，传统作业方式都是采用人工利用悬臂吊的形式来完成。而通过机器人随动技术，可以完全代替人工来实现同一作业内容，而且更加高效便捷。随着老一辈的产业工人逐渐接近退休年龄，铸造企业在环境恶劣的作业岗位缺人情况日益严重。迫切需要自动化设备来保障生产线的正常运转，而工业机器人相关应用技术的飞速发展，成本逐渐降低，投资回报已由原来的5～8 年下降到3～5 年，已经具备在行业内进行规模推广的技术和经济基础。

3 随动技术应用中的关键点

3.1 编码器的安装位置

机器人随动技术要能准确应用，首先条件是安装好后的编码器要能准确反应输送器的状态，在实际应用中常存在的误区就是编码器安装在离机器人工作区域越近越好，一般悬链只有一个动力源，而机器人工作区域有可能离动力源比较远，这样就会存在打滑现象，编码器反应的数值不能代表输送器真实的运动状态。所以，从实践来看，编码器建议安装在悬链的动力源上，能准确反馈出输送器的运动状态，这是后续随动成功应用的基础。

3.2 随动标定的精度

随动上下件的精度主要取决于标定的精度，标定主要是确定方向和传动比。首先需要标定一个精度在0.2mm 以内的机器人工具坐标系，然后标定出输送器的原点、X 轴方向和XY 平面，再通过由触发信号控制的启停来标定传动比。为了提高精度，需要用游标卡尺来测量输送器移动的距离。在工业环境应用的标定精度要达到0.5mm 以内。

3.3 随动机器人程序的规划

图3 异常处理示例程序

程序规划主要考虑随动的距离和异常情况的安全机制。程序上随动距离S 的最大值要小于机器人的可达范围，同时考虑上件节拍T 与输送器速度V，机器人与输送器速度的稳定性都较高，建议设置的随动最大距离为：S=VT+100mm；异常情况主要考虑在上下件前、上下件时输送器突发停止的处理，需要用标识符来辅助判断有没有进入随动子程序，进而分不同情况进行处理。