（上海ABB工程有限公司）
摘要：在汽车厂的冲压车间里有大量的油压机生产线。油压机线的优势是成本较低，但锻压能力高，可以冲压大中小等各种型面的零件，成型性能好，但也有不可避免的缺点，如生产速度慢，生产效率低。随着日益激增的市场需求对车厂的生产线的产能要求也越来越高，遇到非常多的需求是对油压机线实现自动化搬运的功能，即增加自动化生产线，实现自动化生产。不但可以大大的提升生产效率，提高产能，而且可以省去人力成本，提升企业利润率，是一举两得的措施。由于油压机线当初规划的局限性，绝大部分油压机线的压机间距都很大，这对增加自动化生产线造成了很大的困难。本文就针对于怎样实现大间距的油压机线增加自动化搬运设备线体进行阐述。通过正文的研究方法了解怎么配置机器人和相对应的导轨参数，在系统设计时了解怎么安装电控模块和程序编辑来进行具体的系统设计。文章最后就针对于油压机线的信号设计做了具体定义和阐述。
关键词：自动化搬运；机器人；“0轴”伺服导轨
引言
随着对油压机线间增加自动化搬运设备线的需求越来越多的实际情况，针对于大油压机间距的自动化设备形式也很多样化，总结分为两大类：机械臂和机器人。机械臂的原理是根据压机间距定制设计X轴的长度，所以可以应对大压机间距这类实际情况，但由于机械臂设备本身的局限性即柔性低，不能对复杂的模具成型的零件进行上下料从而导致整线节拍低的实际生产效率往往没有被市场接受。相对地，机器人本体是一个六轴联动的运动机构，高柔性是最大的特点可实现所有零件的上下料，缺点是速度不是特别快，但由于受限于油压机线本身的低运行速度，机器人生产线速度是远远大于油压机的速度。所以通过技术的论证和市场的需求，机器人生产线成为大间距的油压机线增加自动化生产线的最佳选择。
配置一条什么规格的机器人线来满足大压机间距的油压线是我们接下来讨论的重点。本文将针对笔者实际参与并设计的9米大压机间距的实际案例进行分析。
1 整体布局设计
针对于汽车厂的零件重量和特性，一般选用3.2米150公斤负载的机器人最为合适，通常大于6米的压机间距选用2台机器人同时增加一台过渡台的形式就能实现大压机间距的自动化搬运，但这样的配置会花费较大的成本，不符合改造线低成本的预算。那么使用一台机器人来实现成为必要条件了，但9米的压机间距远远超出了机器人的工作半径，所以最终选择机器人加装“0”轴伺服导轨的配置来实现生产，不但成本控制在预算内且性能达到要求。
具体系统设计步骤如下：
1）绘制整线布局图，设计导轨有效行程长度；
2）采购配置导轨参数；
3）采购机器人，配置响应参数；
4）整线控制系统设计，包含硬件模块搭建和程序编译；
5）最后针对此工艺进行正确的信号定义和应用层面的设计。
机器人附加0轴导轨
根据客户现场状况，绘制整线布局图，见图1：
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图1 整线系统布局图
2 机器人导轨配置（以ABB机器人和导轨为例）
2.1导轨的参数配置
通过对导轨这些选项的参数配置，一个适用于机器人运行的“0”轴导轨就基本配置完毕。这里需要注意的是导轨的长度，以及导轨的电气控制配置，同时相连的机器人也需要预留电气控制接口。运动电缆都必须是高柔性材质。
2.2 导轨的性能
机器人行走导轨要求定位精度高，结构紧凑，速度快，安装在伺服导轨上的机器人与导轨成为一个整体，在机器人座标系中亦包含此导轨；机器人移动导轨，做为附加第7个伺服轴与机器人融为一体。通过使用机器人移动导轨，扩大了机器人的运动范围和工作区域。导轨有多种长度可选择，这里我们选用的导轨型号为IRBT6004，有效移动行程为3.0 m，速度可达1.6m/s。
机器人移动导轨具备以下特点：
ü1）防护等级IP67；
ü2）紧凑化设计，整体高度低；
ü3）任意长度可定制；
ü4）作为机器人附加轴同时控制。
3 机器人本体配置（以ABB机器人和导轨为例）
3.1 机器人性能
表2为机器人的每个轴的速度供参考，不同品牌具体速度参数会略有差异。但基本需要符合150公斤的负载能力和3.2米的工作半径。设计者可以根据实际情况进行略微的调整。
3.2 机器人的系统配置的内容
4 程序调试
4.1 安装DSQC377A（B）模块、编码器，触发开关，见图5。
1）在X5接口接入DeviceNet 通讯总线电缆；
2）在X3接口接入电源转换器电缆（直流24V）；
3）X20接入编码器信号电缆。见图5、表4。（注意：10-16针脚不使用）
4.2 安装编码器
根据以下步骤安装编码器，
1）选择输送链跟踪时，须配置编码器的连接模块。
2）该模块把工件的位置反馈给机器人。
3）该模块通过 CAN bus（控制区域总线）连接。
4.3 Robotware 程序编写
在Robotware的Main程序段里编入以下程序，可以使得机器人配置导轨成功并进行空运行的测试。
ConfL\Off；
MoveJ p0，vmax，fine，tool1；
ActUnit CNV1；
WaitWObj wobjcnv1；
MoveL p10，v1000，z1，tool1\Wobj：=wobjcnv1；
MoveL p20，v1000，z1，tool1\Wobj：=wobjcnv1；
MoveL p30，v500，z20，tool1\Wobj：=wobjcnv1；
MoveL p40，v500，fine，tool1；
DropWObj wobjcnv1；
MoveL p0，v500，fine；
DeactUnit CNV1；
最后在PLC系统内写入外部信号，如启动、停止、取料授权等信号就完成了程序框架的编译。
4.4 调试过程中的冲压工艺要点
1）整个控制系统用西门子Profinet总线连结，包括所有机器人控制器、拆垛单元、西门子PLC周边设备的接口交换。
机器人可以直接通过其带Profinet总线接口与周边设备进行通讯，信号的传递以及I/O的处理。
对于每台机器人，以每台机器人控制器为中心，包括与压机的通讯、操作站的通讯以及周边设备的通讯，构成了一个总线回路。
2）生产线总控制台采用触摸屏HMI，见图6。管理生产线的运行、停止和零件的更换，生产线所有单元之间动作协调及各单元工作状况的汇集、处理，故障信息及帮助菜单，能存储和传送机器人控制程序，并且能联机主电柜PLC程序。总控制台PC系统只对生产线起到监控和数据收集、数据备份的作用。当总控制台PC机出现故障而无法正常工作时，不影响生产线的运行和换模。
包括：
◆WinCC系统软件（含授权）；
◆生产线上所有单元工作状态一览，包括板料的数量、节拍、实际生产的板料的编号；
◆错误报警信息的显示及日志；
◆全线工作速度的设置；
◆程序编号的选择；
◆程序名称的编辑；
◆故障原因的手动设置；
◆机器人数据的自动备份；
◆在线语言的选择；
◆可同时监控整线所有机器人的PLC程序。
3）整个系统用Profinet总线贯穿，使得控制系统结构一目了然，并且在各个控制工位，采用了过程与安全远程I/O，大大简化了系统的布线结构，为以后的维护工作带来了极大的方便。
4）机器人与压机的互锁方面，由于SoftPLC能实时监控机器人位置，不论机器人在何种操作模式，何种方式下将机器人移动到互锁区域内，压机无论自动手动模式下，均不能开动压机。确保任何情况下压机和机器人不会产生碰撞。
5）压机的适应性改造：冲压线自动化工作需要对压机电气进行改造，包括压机程序及触摸屏画面。自动化系统和压机通讯采用总线方式。总线通讯方式需增加总线通讯协议的网关，用于自动化设备与压机通讯。考虑到安全信号（如急停、安全门、安全光栅）交换，还需要在压机主电柜内增加安全信号的输入输出接口，按照安全规范，安全回路均为双回路硬接线。如此当自动化单元发生安全停止输入时，所有自动化单元停止运行，且压机按业主安全机制作相应动作。同理，当压机发生安全停止输入，则所有自动化单元按业主安全机制要求停止。
6）压机与机器人信号交互定义
（a）压机到机器人信号
表1 压机到机器人信号表
（b）机器人到压机信号
5 结论
在此类改造线项目中，需要注意的几个难点分别是导轨的选型和配置，机器人本体的选型与配置，导轨与机器人控制系统的参数配置，最后是程序编辑。只有参数配置正确，才能建立正确的通讯系统和控制系统。在主程序的编译中要充分考虑到自动化设备与压机设备的相互互锁和协调工作等重点要素，特别注意安全信号、防碰撞等要素。然后根据不同零件的型面进行抓取、放置位置点进行常规编程，就能完成一个循环的生产。程序特点是在常规移动轨迹路径中加入导轨的运行距离、通过限位开关进行停止位置的控制信号编译等。最终此项目得到客户高度的认可，满足了客户需求。
参考文献：
[1] ABB Robotics Application manual Conveyor Tracking Doc ID 3HAC16587-1 Revision H RobotWare 5.14 应用手册，2017.
[2] ABB FlexTrack X-List 2019 V1 导轨选型手册，2018.