冲压自动化机器人运动效率提升方法研究

总结为：

5.1 合理选择机器人的运动类型

旋转七轴机器人可完成的各种复杂的空间运动，都可总结为三类运动类型，包括：

Jiont关节运动——机器人在指定的两个点之间任意运动；

Linear直线运动——机器人在指定的两个点之间直线运动；

Circular圆弧运动——机器人在三个指定点之间圆弧运动[3]。

三种运动类型所耗费的时间关系为：

t（关节运动）

为缩短运动时间，应尽可能选择关节运动类型来实现机器人在每个轨迹点之间的动作。

5.2 合理示教机器人的运动姿态

机器人运动过程中，姿态变化越少则机器人运动速度越快。减少机器人姿态变化的具体方法如下：

（1）减少运动轨迹中的高度变化：如图4所示，将单次机器人运动循环分为往返两段轨迹，分别称为第一段轨迹及第二段轨迹。在保证安全的前提下，将第一段轨迹与第二段轨迹设置为近似的平面运动（各段轨迹中各点坐标的Z数据大致相同），即可减少机器人运动过程中姿势的变化[4]。

（2）减少轨迹点之间机器人的姿态变化：选择一个合适的姿态作为示教运动轨迹的开始点，用一个和示教开始点近似的姿态示教运动轨迹的终点，观察机器人运动过程的姿态变化，不断调整。

5.3 合理设置动作的触发信号

一般情况下，为保证设备绝对安全，一般设备厂家交付设备时，机器人及压机动作的启动触发信号设置都十分保守。

图5中，A、B两点表示动作启动触发信号的初始设置。如A点时间坐标所示，机器人的下料动作的启动时间，设置在压机滑块上升动作完成，即压机滑块上升至上死点的时刻；如B点时间坐标所示，压机滑块下压动作的启动时间，设置在上料机器人（J1）完成上料动作并完全退出压机的时刻。

当动作循环处于A、B两个时刻，机器人与压机的位置关系如图6所示：

针对上文提到的动作启动信号设置过于保守的问题，可以通过合理设置动作启动的触发信号，在满足保证设备安全的前提下，提前启动动作，令设备等待时间缩短，具体方法如下：

（1）合理设置机器人下料动作的启动触发信号

找到安全距离h值，将机器人下料动作启动触发时间提前，使压机滑块未上升到上死点时，取件机器人（J2）即开始进入压机取件，减少机器人等待时间，如图7所示：

根据安全距离h值，找到对应压机角度，压机滑块在上升过程中，到达该对应压机转角即发送信号，此时取料机器人接收指令，从取料等待点开始取件动作。

（2）合理设置压机滑块下压动作的启动触发信号

找到安全距离L1值，将压机滑块下压动作的启动触发信号提前，使上料机器人（J1）未完全退出压机时，压机即开始启动下压，减少压机等待时间，如图8所示：

冲压自动生产线的连锁电路里对运动逻辑有个保护：压机滑块下压至一个压机角度，如果机器人没有离开轨迹特定的检测点，连锁逻辑上会使压机紧急停止，防止模具与机器人发生碰撞，这时压机滑块位置对应的压机角度，称为模具保护角度。

合理设置模具保护角度，保证压机滑块下压时间提前的情况下，设备依然安全，压机动作依然连贯。模具保护角度的设置方法见表2。

采取以上两种方法，重新设置动作启动触发点后，减少了压机和机器人的等待时间，压机与机器人的动作更为紧密，优化后的结果如图9所示。

另外，对于同一台压机而言，在上料机器人放料之前，下料机器人必须将上一循环中加工好的坯料取走，并且要将相邻机器人的安全距离考虑在内，相邻机器人的最小距离要大于安全距离，保证冲压制件、端拾器以及机器人之间不会发生碰撞。

6 结束语

本文从冲压自动化机器人的运动特点及控制技术出发，通过对冲压作业循环的研究及分析，介绍了影响冲压自动化机器人运动效率两个主要因素：机器人自身的运动速度，机器人及压机的等待时间。阐明了提高冲压自动化机器人运动效率的方法：合理选择机器人运动类型，示教机器人的运动姿态，提高机器人自身运动速度；合理设置动作的触发信号，使机器人及压机动作提前启动，减少机器人及压机的等待时间。

对于冲压自动化生产线，提升机器人的运动效率是提高生产效率、降低制造成本的最直接最有效的手段，随着工业机器人在冲压领域的应用日益普遍，本文的研究将具有广泛的推广应用价值。

参考文献：

[1] 付豪.杨继东.冲压自动生产线控制系统的研究与开发.机械电子工程2012（05）.

[2] 周玉林.张志强.侯雨雷.屈云涛. 冲压线机器人与压机动作协调方法[J].制造技术与机床. 2013（01）.

[3] 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]. 燕山大学 2013.

[4] 侯雨雷，王嫦美，杨彦东，段艳宾，杜建革，周玉林. 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（09） .

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