COMAU机器人堆垛效率的提升
摘 要
如今采用机器人堆垛在光伏生产越来越普及，其效率的提升是个很关键的问题。本文介绍了在提高机器人堆垛效率提升的一些改进。
【关键词】COMAU机器人 待机位 吸盘 卸载时序
在建厂之初，对于堆垛方式的选择本着技术先进，性价比高，维护方便的原则。通过对国内外多家考察，最后决定采用机器人堆垛，选用了意大利COMAU公司最新一代Smart 5系列的六轴机器人NJ220-2.7。对于专业的堆垛机其占地小，价格相便宜，并且我们公司在机器人使用方面有着深厚的经验。经过2年多的生产实践，较好的满足了生产的要求。
但是在生产中也渐渐暴露出一些新问题，制约着堆垛效率：1、随着窑炉出料量的增加，机器人原有堆垛速度满足不了要求。2、由于长时间的运行，控制吸盘动作的气缸漏气、串气较多，动作异常易造成吸盘处划伤，时常需要工艺人员调整堆垛参数，有时还需维修人员中断正常的堆垛进行维修，不仅形成批量废弃，还严重制约了堆垛效率。
1 原因分析及改进
对于以上问题，机器人堆垛速度是影响堆垛的直接原因，吸盘划伤是影响的间接原因。具体问题具体分析，通过在现场持续观察跟踪，我们发现了问题的根源并从增加堆垛速度、减少划伤影响2个方面采取了对策方法。
1.1 机器人Δ堆垛速度的改进：
影响机器人堆垛速度的因素有2个：自身设定速度和堆垛动作。
⑴ 自身的设定的工作速度；我们知道距离、速度和时间的关系如下公式所示：
ΔS=ΔV×Δt
机器人运动起点和终点是一定的，每次动作的的轨迹也是相同的，速度越快，完成一个堆垛周期也就越短，效率就会提高。目前机器人设定的自身工作速度已达到95%，直接提高机器人自身工作速度这个方法实际意义并不大，在夏季还会使机器人轴电机温度急剧上升，影响设备使用寿命。简单提高机器人速度并不可行。
⑵ 机器人堆垛的动作。
在堆垛周期内，机器人需要完成多次旋转动作。我们考虑是否可以精简机器人动作，减少旋转来提高运行速度。通过观察机器人实际动作发现有2个动作可以进行修改。
A、机器人每次堆垛完成后都会回到一个固定的待机位置停止，然后再次旋转运动执行下次堆垛任务。这个过程耗费时间大约1S，机器人完成一次堆垛周期为11.8S。减少这个动作就可以节约时间为：
1/11.8X100=8.4%，提升了大约9%的堆垛效率。
图1为改造前机器人堆垛动作流程：每次堆垛完成后机器人都会停在一个固定的待机位，下片玻璃来到后。从待机位置开始运动到抓取位置，运动方式为先旋转到与玻璃平行，然后再下降到抓取位置完成抓取。
我们从程序做了修改，设定了新的待机位置并且改变了待机位时吸盘架子的姿态，使其与玻璃方向平行。堆垛完成后回到新的待机位，下片玻璃来到时，直接下降抓取，避免了多余动作，这样就缩短了堆垛周期。
B、机器人堆垛动作是多个分动作组成，各个动作类型是不一样的，在实际运行中的效果也不一样。COMAU机器人用几种参数来定义一个完整的动作：动作指令、运动形式、运动轨迹类型。动作指令分为2类：MOVE和MOVEFLY；使用MOVE指令，机器人忠实的按照程序设定的轨迹运行。MOVEFLY则忽略中间过程，机器人智能的以圆弧运行完成整个动作，整个动作圆润流畅，运行效率要高于MOVE指令。运动形式有3种：JOINT（关节）、LINEAR（线性）、CIRCULAR（圆形）。运动轨迹也有与之相对应的3种轨迹JOINT、LINEAR、CIRCULAR。这3种参数组合就形成了各种运动形式。JOINT运动形式为多轴联动，运行效率最高。原有程序中MOVEFLY和JOINT组合运动不多，我们通过增加这2者组合，打打简化了机器人动作，堆垛速度有了明显提升。
1.2 关于减少吸盘划伤的改进
机器人抓取工具为一个安装了24个吸盘的架子，主要是利用吸盘和玻璃之间形成的负压来抓取玻璃。吸盘架子上布有气路以及对应的控制回路，有真空回路、反吹回路和吸盘动作气路，各个气路的动作时序都是由远程信号控制相应电磁阀来完成。真空回路安装有文丘里，作用是在抓取时形成负压；反吹回路是在卸载玻璃时使玻璃能顺利脱离吸盘；吸盘动作气路是抓取、卸载玻璃时控制吸盘伸缩（气缸电磁阀失电时吸盘靠自带的弹簧前进；电磁阀得电，气缸动作控制吸盘退回）。
机器人整个堆垛流程如上图所示。通过实际的调查发现，由于气缸长时间的使用，很多气缸缸体串气、漏气，造成后退不一致，甚至经常出现个别吸盘后退缓慢甚至不后退。这样到位反吹时玻璃在局部受力情况下完成卸载，极易形成吸盘位置划伤。对于这种情况分别从机械和电气方面做了改进：
（1）机械上去掉气缸的进出气管，使气缸保持自由状态。
（2）电气方面，修改程序不再控制气缸的动作，改变卸载的动作顺序：
到位反吹时气缸不再动作，保证吸盘的一致性。接着架子后退到一段距离后，吸盘再断真空。这样就不会出现某个吸盘不动作或者动作缓慢的问题。经过一段时间的实际运行，吸盘划伤没有出现，证明改造取得明显效果。
2 总结
通过查找原因和分析，在软件和硬件上进行了对策，保证了机器人运行速度和连续运行得到了保证，满足了产品的堆垛需求。目前机器人设定速度为85%即可完全满足生产的需要。我们采取的措施是有效的。
作者单位
安彩高科 河南省安阳市 455000
