機(jī)器人自動(dòng)換模方案研究

隨著折彎自動(dòng)化行業(yè)的蓬勃發(fā)展，高效的換模及模具庫位管理已經(jīng)成為制約產(chǎn)線效率的重要因素。本文結(jié)合WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)及機(jī)械手，提出了一種新的模具快速精確更換方法。利用WILA的ACT、TIPS功能和折彎分析軟件生成的準(zhǔn)確的模具工位及編號(hào)需求，給到機(jī)械手完成模具的更換。折彎?rùn)C(jī)的主要作用是將金屬板材折彎成具有一定形狀的工件，通過更換模具和多次折彎得到較為復(fù)雜的截面形狀，是金屬板材加工中不可缺少的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各種金屬板材加工行業(yè)，如飛機(jī)、船舶、汽車、電子設(shè)備、儀器儀表和醫(yī)療器械等行業(yè)。隨著這些行業(yè)的不斷發(fā)展，所需的折彎工件日趨復(fù)雜且數(shù)量龐大，這也對(duì)折彎?rùn)C(jī)技術(shù)提出了新的需求，即更好的折彎工藝和更高的折彎效率，以應(yīng)對(duì)不斷發(fā)展的行業(yè)需求，同時(shí)工件的種類越復(fù)雜，所需要的模具種類就越多，如何對(duì)眾多的模具進(jìn)行管理就顯得尤為重要。因此，折彎?rùn)C(jī)的自動(dòng)換模技術(shù)以及軌跡算法的研究具有重要意義。目前市面上主流的自動(dòng)折彎方案是通過機(jī)械手和折彎?rùn)C(jī)的組合或者是手動(dòng)快夾和模具的組合。這種組合方式適用于大批量的生產(chǎn)，模具更換的頻次少，模具裝夾完成后，機(jī)械手夾持金屬板件進(jìn)行加工。但當(dāng)產(chǎn)品為小批量多批次時(shí)，模具更換頻繁，人工更換模具的方式耗時(shí)耗力，不能滿足高效、高質(zhì)的需求。我們采用的方式是折彎?rùn)C(jī)加機(jī)械手加WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)。新增的WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)以及機(jī)械手完成模具的快速更換。WILA自動(dòng)換模系統(tǒng)核心技術(shù)WILA自動(dòng)換模技術(shù)主要由兩個(gè)核心技術(shù)組成：ATC（自動(dòng)換模技術(shù)）和TIPS（模具識(shí)別與定位系統(tǒng)）。ATC自動(dòng)換模技術(shù)如圖1所示，模具上帶有ATC接口，可以和滿足要求的機(jī)械臂進(jìn)行配合使用，機(jī)械臂通過ATC接口抓取模具進(jìn)行操作。第二個(gè)核心技術(shù)是TIPS，即模具識(shí)別與定位系統(tǒng)，如圖2所示。TIPS由多個(gè)部分組成，如TIPS識(shí)別標(biāo)簽、帶有TIPS的夾緊系統(tǒng)、控制器以及PC。TIPS系統(tǒng)通過識(shí)別標(biāo)簽對(duì)不同的模具進(jìn)行識(shí)別，通過控制器控制夾緊系統(tǒng)對(duì)模具的夾持，機(jī)械臂通過TIPS系統(tǒng)知道期望的模具后，通過ATC接口抓取模具進(jìn)行操作。圖1ATC技術(shù)圖2TIPS技術(shù)通信流程WILA設(shè)備數(shù)據(jù)采集采用的是PC機(jī)作為中間的傳輸系統(tǒng)，與機(jī)械臂和WILA工具進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通，通信采用三種數(shù)據(jù)：數(shù)字I/0、數(shù)值寄存器以及位置寄存器。通信流程如圖3所示，機(jī)器人向PC機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，PC機(jī)采集WILA設(shè)備的信息，如果設(shè)備準(zhǔn)備就緒（供電、線纜、溫度、電壓等都無問題），PC機(jī)向機(jī)器人反饋一個(gè)OK的信號(hào)（記錄在數(shù)值寄存器內(nèi)）；如果有問題發(fā)生，將人工干預(yù)對(duì)其進(jìn)行處理；如果沒有問題機(jī)器人將繼續(xù)發(fā)送一個(gè)位置檢測(cè)信號(hào)，PC機(jī)向折彎?rùn)C(jī)發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，獲取數(shù)據(jù)完成之后，告訴機(jī)器人開始發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)完成之后，再繼續(xù)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完成信號(hào)，由機(jī)器人進(jìn)行讀取。圖3通信流程自動(dòng)換模操作坐標(biāo)系的選擇折彎?rùn)C(jī)與模具庫坐標(biāo)系原點(diǎn)的選擇均位于設(shè)備左側(cè)如圖4、圖5所示的位置，坐標(biāo)系依據(jù)右手法則。圖4折彎?rùn)C(jī)坐標(biāo)系圖5模具庫坐標(biāo)系抓取點(diǎn)反饋數(shù)據(jù)在抓取過程中，折彎?rùn)C(jī)與模具庫上模具我們以BIU模具為例，折彎?rùn)C(jī)與模具庫下模具我們以O(shè)ZU模具為例。折彎?rùn)C(jī)上夾具：針對(duì)折彎?rùn)C(jī)上夾具，參考坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于夾具底部平面距離37mm，相對(duì)于前端參考平面10mm，相對(duì)于左側(cè)平面0mm，如圖6所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中BIU-012模具X值為-8.5mm，Y值為-33.5mm，如圖6中的lefthorn的Z值為TIPS檢測(cè)到的值加8.8mm。若為righthorn則TIPS檢測(cè)到的值減8.8mm，若無horn則Z值為TIPS檢測(cè)到的值。圖6折彎?rùn)C(jī)上夾具折彎?rùn)C(jī)下夾具：針對(duì)折彎?rùn)C(jī)下夾具，參考坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于夾具底部平面距離20.5mm，相對(duì)于前端參考平面6.5mm，相對(duì)于左側(cè)平面0mm，如圖7所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中OZU模具X值為0，Y值為30mm，Z值為TIPS檢測(cè)到的值。圖7折彎?rùn)C(jī)下夾具模具庫上夾具：針對(duì)模具庫上夾具，夾具參考坐標(biāo)系原點(diǎn)位于左側(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于底部平面的距離為37mm，相對(duì)于前參考平面的距離為10mm，相對(duì)與左側(cè)平面0mm，如圖8所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中BIU-012模具X值為-8.5mm，Y值為-33.5mm，圖8中的lefthorn的Z值為TIPS檢測(cè)到的值加8.8mm。若為righthorn則TIPS檢測(cè)到的值減8.8mm，若無horn則Z值為TIPS檢測(cè)到的值。圖8模具庫上夾具模具庫下夾具：針對(duì)模具庫下夾具，夾具參考坐標(biāo)系原點(diǎn)位于左側(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于底部平面的距離為22.5mm，相對(duì)于前參考平面的距離為6.5mm，相對(duì)于左側(cè)平面的距離為0mm，如圖9所示。折彎模具抓取點(diǎn)反饋回來的數(shù)據(jù)為（ID,X,Y,Z），其中OZU模具X值為0，Y值為30mm，Z值為TIPS檢測(cè)到的值。圖9模具庫下夾具自動(dòng)換模軌跡計(jì)算模具取放規(guī)則根據(jù)優(yōu)先不干涉的原則，機(jī)器人先從折彎?rùn)C(jī)上將不需要的模具取出，放入模具庫；然后將需要移動(dòng)的模具在折彎?rùn)C(jī)上進(jìn)行移位；最后從模具庫取出需要的模具放置在折彎?rùn)C(jī)上。每次執(zhí)行完以后必須和PC機(jī)進(jìn)行位置信息確認(rèn)，保證模具放置精準(zhǔn)。模具需求信息采樣在PC機(jī)上安裝折彎工件分析軟件，得出模具需求信息，如圖10所示。工控機(jī)通過WILA設(shè)備問詢系統(tǒng)得到當(dāng)前4段模具庫實(shí)際狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)比對(duì)，根據(jù)模具取放規(guī)則，自動(dòng)計(jì)算出全部模具ID放置位置。圖10分析軟件得出的模具需求簡(jiǎn)要描述軌跡算法折彎模具的位置信息如圖11所示，（x.offset,y.offset,z.offset）位置數(shù)據(jù)為折彎模具換模抓手抓取點(diǎn)，相對(duì)于圖11預(yù)定好參考坐標(biāo)系的距離值。我們系統(tǒng)中總共有4個(gè)柔性夾具，分別為折彎?rùn)C(jī)上夾具、折彎?rùn)C(jī)下夾具、模具庫上夾具、模具庫下夾具。圖11折彎模具的位置信息結(jié)束語