摘要： 針對縫紉機加工自動化生產需求，以自主研發的ER50-C20工業機器人為對象，結合縫紉機頭生產工藝，采用柔性浮動夾爪對裝夾進行自動精確定位，實現縫紉機頭加工的機器人自動生產工位應用。結果表明，應用機器人生產縫紉機頭大大提高了生產效率，生產出的產品品質也得到有效保證。
關鍵詞：工業機器人；縫紉機；柔性夾爪

0引言：

多年來，在縫紉機頭加工領域，生產自動化水平還停留在較低的層度。整個加工過程多采用人工進行縫紉機頭上下料工作。隨著人員成本不斷上漲，加工出的產品利潤率越來越低。采用人工進行上下料，危險度大、效率低、次品率高等問題一直困擾著生產廠家。為了提高產品性能，降低人工在生產過程中的不利因素，部分生產廠家開始使用機器人進行機頭的上下料工作，機器人作為智能裝備，具有精度高，穩定性好，柔性化高等特點。通過使用機器人不但可以減低人員成本，提高設備利用率，還可以有效控制產品質量。本文以安徽埃夫特智能裝備有限公司開發的ER50-C20工業機器人為應用對象，通過仿真軟件，規劃機器人工作軌跡路徑，實現機器人搬運縫紉機頭坯料進行機械加工的過程。結果顯示，使用機器人進行上下料不但改善了產品質量，還減輕了員工的勞動強度，同時減低了對員工生產技能的要求。

1、機器人結構及參數

機器人主要由機械本體、驅動部分、計算機控制系統、傳感系統、輸入/輸出系統接口幾部分組成。該項目中使用的是埃夫特公司自主研發的ER50-C20機器人，該機器人為6自由度串聯機器人。主要參數如下表：

2、項目工藝描述以及分析

2.1工位敘述：

工藝如下:

以上共計6道工序18臺機床。

該項目中機器人末端采用柔性補償器抓手，并附帶氣路單元、主站PLC等。

根據縫紉機加工工藝以及機床尺寸，該項目共計分為七個工位。第一工位為人工上料工位，主要進行拆垛以及輸送。第二工位一臺機器人服務四臺機床，第三、四工位每臺機器人各服務兩臺機床，第五六工位每臺機器人各服務四臺機床。第七工位一臺機器人服務兩臺機床，并將加工好的產品進行碼垛。（工位間通過轉料臺轉料。第一工位為輸料臺輸送坯料。）整線采用PLC控制，profibus總線通訊，平均上下料節拍25S。詳細布局圖如圖2-1所示：

工位設備包括：輸送料道、ER50-C20機器人，機器人用柔性抓手，按鈕盒、PLC控制系統、安全防護。

2.2末端執行機構-柔性抓手

根據項目工藝要求，該項目中需要采用柔性抓手，即抓手與機器人之間通過柔性補償器連接。機器人將工件放置于機床進行加工過程中，由于機床加工要求工件定位精度為0.03mm，定位精度要求較高，而機器人的重復定位精度為+/-0.15mm，如果只采用機器人進行定位則無法滿足精確定位要求。為此，在項目中引入柔性補償機構，如工件與機床工裝配合存在位置偏差，柔性補償器將主動從不同角度對機器人進行補償，減小工作定位銷對機器人的硬接觸力。通過使用柔性補償器，不但可以避免機器人與機床工裝硬接觸導致的機器人過載，還可以減小機床上工裝上定位銷的磨損，從而實現高精度產品的上下料工作。由于該項目中，縫紉機頭與機床定位銷精度要求較高，為避免機器人抓手與機床發生硬接觸，抓手上安裝了柔性補償器進行補償。抓手根據廠家提供的產品數模或實際樣品進行設計，樣圖如圖2-2。

3、控制系統工作原理以及仿真。

3.1系統控制邏輯圖如圖3-1所示：

整個項目采用PLC作為主控單元，通過在人機交互界面上操作以及監控機器人的狀態，在進入自動狀態下，只需操作按鈕站就可實現生產線的啟動和停止。PLC通過控制獨立的機器人系統以及機床系統進行協調作業。

首先，將電控系統上電，啟動PLC，PLC控制機器人以及機床進行自檢，機床進行自檢，如有故障機床將停止。此時機器人檢測是否在等待工作位置，如不在工作位置將停機。如機器人以及機床均在指定位置機器人、料道以及機床將進行協調作業，完成一次工作后，將自動進入下月一次循環。

3.4工位仿真布局圖：

通過使用Delmia離線仿真軟件，對現場機器人進行三維布局。從而驗證機器人柔性抓手以及機器人之間是否存在干涉。同時根據仿真結果測算機器人工作節拍，確認機器人底座高度，各個機床擺放位置，驗證機器人可達范圍，保證機器人與機床之間最大有效服務距離等工作。詳細仿真圖如圖3-2所示：

3.5機器人示教

通過現場對機器人軌跡記錄，位姿修改，IO信號設置，完成機器人與機器人的配合。經過初次調試后，優化機器人運動軌跡，刪除部分多余運動軌跡點，縮短機器人信號通訊時間，提高機器人工作效率，并通過設置機器人干涉區，防止機器人間以及機器人與機床的潛在碰撞，提高生產線穩定性。當兩臺機器人存在潛在碰撞危險時，優先出發第一臺機器人進入干涉區信號，防止其他機器人進入潛在碰撞區。

總結：通過使用機器人進行縫紉機頭上下料，不但可以降低員工勞動強度，還可以提高產量，降低產品在生產過程中存在的潛在風險。使用機器人生產的縫紉機頭，不但加工精度得以保障，而且廢品率也大幅降低，產品一致性以及質量遠遠好于人工生產的