李小林 曲業(yè)闖 孫喜勝

（1. 天津新松機(jī)器人自動化有限公司 天津 300450；2. 沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司 沈陽 110169）

0 引言

20世紀(jì)50年代末，工業(yè)機(jī)器人最早開始投入使用。約瑟夫·恩格爾貝格（Joseph F.Englberger）利用伺服系統(tǒng)的相關(guān)靈感，與喬治·德沃爾（GeorgeDevol）共同開發(fā)了一臺工業(yè)機(jī)器人“尤尼梅特”（Unimate），率先于1961年在通用汽車的生產(chǎn)車間里開始使用。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，是我國最早研制機(jī)器人與人工智能的科研單位。1979年，沈陽自動化研究所在全國率先提出了研制機(jī)器人的方案，并付諸行動。1982年4月，我國第一臺示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)研制成功，可重復(fù)再現(xiàn)通過人工編程存儲起來的作業(yè)程序。同時期，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、機(jī)械部等單位也投入研制工業(yè)機(jī)器人。并向高速、高精度、輕量化、成套系列化和智能化發(fā)展，以滿足多品種、少批量的需要。

玻璃浮法線具有玻璃尺寸大，玻璃易碎，有大量粉塵等客觀原因，使用了大量的機(jī)器人進(jìn)行堆垛。因?qū)Ξa(chǎn)品品質(zhì)要求高，并且要求進(jìn)行隨動抓取，需要智能檢測等技術(shù)要求。國產(chǎn)新松機(jī)器人在玻璃行業(yè)做出了突破，并在安徽鳳陽玻璃進(jìn)行了成功的應(yīng)用。

1 工業(yè)機(jī)器人

相對于傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人依靠自身的優(yōu)勢，比如易用性、重復(fù)定位精度高、可示教進(jìn)行智能化編程作業(yè)，能夠提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)安全性、還可以在高危環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。因此工業(yè)機(jī)器人在物品搬運(yùn)、物料碼垛、金屬焊接、打磨應(yīng)用、生產(chǎn)裝配等各種應(yīng)用中技術(shù)中越來越成熟，為蓬勃發(fā)展的各行各業(yè)提供了大量的勞動力。

2 鳳陽玻璃浮法線冷端堆垛系統(tǒng)組成

浮法線冷端堆垛系統(tǒng)包括完整性檢測儀、撒粉機(jī)、機(jī)器人堆垛工作站、輥道傳輸線體、堆垛專機(jī)、氣浮臺和線體控制系統(tǒng)。圖1為現(xiàn)場應(yīng)用的冷端堆垛系統(tǒng)總體布局圖。

圖1 冷端堆垛系統(tǒng)總體布局圖

2.1 完整性檢測儀

由視覺檢測系統(tǒng)組成，能夠檢測玻璃尺寸、位置和邊角缺失，從而對玻璃進(jìn)行分級分等，并為后續(xù)的機(jī)器人提供玻璃的位置。檢測原理為：采用反射光源加線陣CCD相機(jī)對玻璃進(jìn)行掃描成像；通過嵌入式處理器對圖像數(shù)據(jù)實(shí)時處理；使用上位機(jī)PC進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和查詢；利用總線技術(shù)將玻璃測量數(shù)據(jù)傳遞給線體控制系統(tǒng)。

2.2 撒粉機(jī)

玻璃撒粉機(jī)將防霉粉按照工藝要求均勻噴撒在玻璃表面上。

2.3 機(jī)器人堆垛工作站

機(jī)器人堆垛工作站由4臺新松SR210D機(jī)器人、8個2工位的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺和帶測量功能的端拾器組成。

2.4 輥道輸送線

輥道線可以平穩(wěn)地運(yùn)輸玻璃板，傳輸穩(wěn)定，速度可以調(diào)節(jié)。玻璃在傳輸過程中不會破碎，表面不會產(chǎn)生劃傷或者缺角，并且傳輸過程中玻璃的位置偏差較小。

2.5 堆垛專機(jī)

現(xiàn)場采用了其他國產(chǎn)廠家制作的直角坐標(biāo)形式的水平堆垛機(jī)。

2.6 氣浮臺

氣墊平臺（氣浮臺）由工作臺面、風(fēng)機(jī)、卸片輥及支腿支架等組成。工作臺面由矩形鋼管、鋼板及毛氈組成。矩形鋼管為風(fēng)管，鋼板與風(fēng)管焊接在一起，構(gòu)成一個強(qiáng)有力且平整的支撐臺面，為了避免鋼板對玻璃的劃傷，在其上表面粘有一層5 mm厚的機(jī)織毛氈。高壓離心風(fēng)機(jī)向風(fēng)管進(jìn)行送風(fēng)，工作臺面上的出風(fēng)小孔經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，可在臺面上形成一個個小氣墊，當(dāng)有玻璃經(jīng)過其上方時，一個個小氣墊連成一片，將玻璃板懸浮在空中；通過這種設(shè)計(jì)，可以將15 mm厚的玻璃板浮起。在氣墊平臺尾端及兩側(cè)設(shè)有橡膠卸片輥，這樣方便較大的玻璃板的下片，同時還可以減少抬舉玻璃的所需動力。

2.7 線體控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由輥道傳輸線控系統(tǒng)、訂單設(shè)置操作系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)等組成。主要元件有：工控機(jī)、PLC、觸摸屏、驅(qū)動器、機(jī)旁按鈕站、傳感器和低壓電氣元件等?？刂坪诵牟捎每删幊踢壿嬁刂破鳎ê喎QPLC）控制，采用LAD語言編程并有詳盡準(zhǔn)確的符號說明，觸摸屏方便操作與顯示，PLC與機(jī)器人采用總線通訊方式進(jìn)行信號交互，與其他外圍設(shè)備采用I/O通訊。

線控系統(tǒng)主要功能：機(jī)器人堆垛和水平堆垛機(jī)控制，玻璃傳輸控制，線體輥道控制。

訂單設(shè)置操作系統(tǒng)：設(shè)置機(jī)器人碼垛等級控制管理，水平堆垛機(jī)碼垛控制管理。

機(jī)器人控制系統(tǒng)：與線控進(jìn)行信號交互，進(jìn)行線控訂單分配執(zhí)行，及訂單執(zhí)行結(jié)果反饋，機(jī)器人控制，轉(zhuǎn)臺控制，堆垛工作站狀態(tài)反饋至線控。

圖2 控制系統(tǒng)

觸摸屏界面包括自動操作畫面、手動選擇畫面、報(bào)警畫面、系統(tǒng)畫面和I/O狀態(tài)監(jiān)視畫面，柜內(nèi)元器件及布線為板前布置，采用線槽行線，符合國際或國家有關(guān)規(guī)定，電器元件布置合理有規(guī)律，標(biāo)識明確，使柜內(nèi)整齊不零亂，元器件不擁擠，實(shí)物與圖紙資料相一致，并且耐用、可靠、整齊美觀。

系統(tǒng)具有安全連鎖保護(hù)、報(bào)警和自動停機(jī)功能，在系統(tǒng)總進(jìn)氣口裝有壓力傳感器實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)壓力，如果氣體壓力小于設(shè)備正常工作需要的氣體壓力值，控制系統(tǒng)停止設(shè)備工作并報(bào)警。系統(tǒng)配備手動急停按鈕，緊急情況下設(shè)備切斷輸出執(zhí)行電源、氣源，確保設(shè)備人員安全。

冷端碼垛要求：碼垛精度±2 mm，玻璃表面不能有劃痕，下表面支架處不能有磕痕。

3 鳳陽玻璃機(jī)器人堆垛工作站

設(shè)備組成：新松SR210D機(jī)器人、端拾器、檢測系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺和控制系統(tǒng)。

3.1 新松SR210D機(jī)器人

具有全新開放的自主系統(tǒng)，支持各種應(yīng)用開發(fā)，具有豐富的接口和外部擴(kuò)展能力，支持視覺、力覺等各種傳感信息，可支持點(diǎn)焊、弧焊、搬運(yùn)、碼垛、裝配和磨拋等各種應(yīng)用。針對本項(xiàng)目，開發(fā)了機(jī)器人的隨動抓取功能，此應(yīng)用中隨動抓取功能的速度可達(dá)1.1 m/s，通過該功能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了蜻蜓點(diǎn)水式抓取玻璃。

機(jī)器人的額定負(fù)載能力為210 kg，重復(fù)定位精度為±0.2 mm，最大工作半徑為2658 mm，本體重量1400 kg，電源容量8 kVA，防護(hù)等級IP67。見圖3。

圖3 機(jī)器人系統(tǒng)組成

3.2 端拾器

由鋼結(jié)構(gòu)框架和鋁型材組成高強(qiáng)度的架體，支架向兩側(cè)伸縮，滿足大小不同的玻璃的碼垛需求；由真空泵、電磁閥和吸盤組成的真空系統(tǒng)，具有吸真空度高，吸力大的優(yōu)點(diǎn)；吸盤吸取玻璃時，采用分組控制電磁閥，達(dá)到分組控制吸盤的目的，通過升降氣缸來實(shí)現(xiàn)控制吸盤桿的升降，從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)玻璃尺寸來選擇對應(yīng)的吸盤組去進(jìn)行工作。

3.3 檢測系統(tǒng)

端拾器上設(shè)計(jì)安裝的玻璃二次測量檢測裝置組成：行程可讀氣缸、行程可讀氣缸保護(hù)罩、光纖傳感器和傳感器支架等。該系統(tǒng)使用壽命長，元件便于更換和易于維護(hù)，檢測精度高。設(shè)計(jì)上每個端拾器包含三組二次測量裝置，既可以抓單片玻璃，也可以抓雙片玻璃，兼顧二分板、三分板和四分板的下片碼垛需求。

3.4 轉(zhuǎn)臺

單邊承受的重量可達(dá)500 kg，具有2個碼垛工作，背對背安裝，轉(zhuǎn)臺通過變頻器進(jìn)行運(yùn)動控制，停止定位由傳感器實(shí)現(xiàn)，停止完成后通過定位銷進(jìn)行固定定位。

4 系統(tǒng)的協(xié)同控制

新松機(jī)器人通過隨動技術(shù)，通過端拾器將玻璃抓取，通過檢測系統(tǒng)得到玻璃在端拾器上的位置，通過先驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析校正，確保玻璃高精度堆垛。

控制系統(tǒng)，通過觸摸屏進(jìn)行操作設(shè)置、訂單管理、狀態(tài)監(jiān)視、故障管理等操作。通過PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的工作調(diào)度，與上一級控制系統(tǒng)的信號實(shí)時傳遞，信號連鎖。

5 機(jī)器人堆垛工作站特點(diǎn)

機(jī)器人冷端堆垛系統(tǒng)可適應(yīng)高強(qiáng)度的玻璃碼垛工作，能夠適應(yīng)現(xiàn)場高粉塵的惡劣環(huán)境，并且可以全年365天，每天24小時不間斷的連續(xù)生產(chǎn)。通過數(shù)據(jù)采集和數(shù)學(xué)分析，建立了模型，通過先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹笇?dǎo)，解決了玻璃易碎、碼垛要求精度高、防霉粉粉塵大等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)問題。使用了新松機(jī)器人的堆垛系統(tǒng)的節(jié)拍最快時可達(dá)到9 S以下，該系統(tǒng)的投入，解決了人工碼垛帶來的各種問題，節(jié)省了人工，提高了良品率，為企業(yè)帶來效益的同時，也實(shí)現(xiàn)了對工人的人文關(guān)懷。通過優(yōu)化分析計(jì)算，在生產(chǎn)線上減少了機(jī)器人在堆垛系統(tǒng)中的布置數(shù)量。經(jīng)過多次設(shè)計(jì)計(jì)算，廠內(nèi)測試而選擇的檢測系統(tǒng)，具有檢測精度高，抗粉塵干擾能力強(qiáng)，減少了維修次數(shù)降低了損耗，提高了設(shè)備利用率，從而為企業(yè)帶來了更多的效益。

6 結(jié)語

國產(chǎn)機(jī)器人成功應(yīng)用為各浮法線生產(chǎn)廠家增添了選擇，提高了浮法線整線的國產(chǎn)化率，通過了生產(chǎn)的考驗(yàn)，期望有越來越多的國產(chǎn)機(jī)器人能夠加入到此競爭中，以促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。