工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究
2017-4-6 来源：清远市技师学院 作者：曹智
摘要：在技术日新月异的年代，自动控制技术得到飞速发展，在工业领域逐渐得到广泛应用，尤其在工业机器人出现后，能够保证工业生产的安全顺利进行，并将工业成本控制在最低范围内，以其自身灵活性和便捷性受到社会的高度重视。本文主要探讨了在冲压生产线中利用工业机器人代替生产的自动控制系统，以更好地满足工业生产与发展需求，仅供相关人员参考。
关键词：工业机器人；冲压自动化；生产线；应用
作为工业生产中的重要工艺生产线的冲压自动化生产线，利用工业机器人可以提高生产效率，在一定程度上对工业生产成本进行优化控制，维护工业生产的综合效益。工业机器人作为自动化设备中的执行机构，在冲压自动化生产线上利用具有良好的应用价值，以下对该系统进行分析。
1.工业机器人概述
1.1 概念。
工业机器人是指在工业领域内所应用的机械手或机器人，其具有多关节和多自由度。在实际应用中，通过对工业机器人的运行程序进行预先设定，即可实现自动执行具体工作，并基于自身控制系统和动力系统实现预定功能，从而保证工业机器人的规范操作。可以通过现场对工业机器人控制或者通过预先编辑好程序来控制工业机器人，是其达到完成指定任务的目的。
1.2 结构类型。
工业机器人主要包含控制系统、机器人主体以及驱动系统等组成部分，其中机器人主体作为执行器件，其性能非常关键，它一般包含机座与执行机构。而要想机器人本体动起来还需有驱动系统，它由传动机构和动力装置组成。工业机器人的关节位的动作大多包含1~3个自由度，自由度总数可在3~6个左右。工业机器人作业过程中，基于技术人员在控制系统中编制程序实现对驱动系统及机器人主体发号施令，并控制机器人的执行动作，从而确保工业机器人的规范操作。1.3 特性分析。多数情况下我们可以通过将数控伺服轴，遥控操作器等进行有序连接，再利用预先设置好的程序驱动电路控制机器人本体，让机器人动作有效地进行。一般应用于冲压自动化生产线中的工业机器人具有行走功能，由于其内部具有模拟人类感知系统，在执行动作的过程中能够基于此系统完成各项操作，在保证冲压自动化生产质量与效率的同时，达到控制生产成本的目的。工业机器人具有较高的柔性，在控制程序修改上有一定可操作性，从而促进各项功能与动作的顺利实现，更好地满足冲压自动化生产线的对工业机器人的应用需求。
2.机器人冲压系统的设计
工业生产具有一定复杂性和危险性，工业机器人的应用，大多是代替人来从事危险系数较高以及重复率较高的动作，以促进工业生产的高效开展。其应用如图1所示。工业机器人在冲压生产环节中主要体现在5个方面：拆垛系统、涂油机、对中台、压力机兼上下料系统以及线尾输送系统。
图 1 机器人自动化生产线示意图
2.1 系统的运行方式。
冲压自动化生产的环节中，工业机器人需要有规范、合理的工作流程，精确到位的动作，才能确保工业机器人准确可靠的完成指定任务，这是安全生产、可靠生产的基础。在生产过程中工业机器人的首要任务是垛料拆垛，之后进行板料对中操作，应用上料机器人进行放料相关操作，待冲压后，利用下料机器人进行取料放料，再次冲压后，结合生产中所需工序的数量循环进行，末端冲压后，利用线尾机器人进行取料放料，并以人工方式进行码垛处理。
2.2 系统组成。
根据冲压工艺，系统主要包含拆垛系统、上下料系统、线尾输送系统、对中台、压力机等组成。工业机器人能够为拆垛系统的安全高效运行提供可靠保证。自动拆垛系统主要由走带电机、拆垛小车、自动涂油装置等组成，料台为双垛可循环式，确保生产连续进行，分料通过分张器将量分成单张，确保每次进料。在不同的位置条件下，走带电机也处于不同状态，板料通过导出式传送带传到中台，在导入式传送带的作用下，从拆垛机中取出物料放入涂油机中。在冲压自动化生产线中，拆垛小车的作用是停放于上料后或上料区中，为后续机器人开展取料等操作提供极大的便利。当板料置于自动涂油机中时对板材表面进行涂油，保证涂油操作的规范性，从而提高板件抗腐蚀能力和润滑程度。对中台可方便的定位固件，这样确保冲压的正确性和可靠性。确保板件在冲压自动化生产线中能够得到良好应用。
2.3 控制系统。
控制系统作为系统的中心环节有着非常重要的作用，它的有效性和可靠性直接影响着工业机器人在冲压过程中的实际应用效果，通过研究可知，在工业冲压自动化生产线中，先进且可靠的控制系统能够为工业机器人各项功能的发挥以及动作的准确执行提供可靠的保证。该冲压自动化控制系统中的主要工作是实现上下料系统、线尾输送系统以及中台系统等的统一监管、调度和控制。为了能最大程度地发挥工业机器人的作用，在系统中我们设置有数据层和物理层，根据实际情况，通过调节软硬件的参数设置。
2.3.1 数据层。
数据层的主要作用是完成数据的传输和处理，在系统中我们主要通过利用现场总线技术来实现个物理层或各设备之间的连线自控，而总线有多种，如Profibus总线EPA以太网总线等。为了提高系统运行的有效性和可靠性，数据层的数据传送和处理非常关键，我们选择用线少，方便，快捷，可靠的EPA技术。连接各EPA设备，配备Ethernet Card相关的网络设备实现机器人控制系统接，监控网络系统的对接，通过DCS控制系统实现集中管理分散控制的功能。这样可以减少机器人因反复动作或其他原因而造成的数据层损坏错误等情况，达到系统安全、稳定、有效、可靠的运行的目的。
2.3.2 物理层。
物理层主要作用是采集数据和处理数据，是软件系统运行的基础，它的先进性和可靠性非常关键，它主要包括控制站、操作站、数据转换接口、现场控制层、现场数据采集、执行机构等设备组成。现场设备通过现场总线和现场控制层连接。现场控制设备主要采用西门子PLC，数据采集和相应的EPA设备主要采用浙大中控设备为主。所选择的物理层设备要有较强的开放能力，EPA通信，能够将数据层的PLC开展数据交换，便于系统对各项设备数据有序采集，以确保控制系统能够对工业机器人动作准确控制，提高各项动作执行的规范性。
2.3.3 人机交互平台。
人机交互平台作为直接操作的界面，他的整洁性、方便性、操作性、功能齐全性等非常重要。在计算机组成的中控操作站中，我们主要利用浙大中控提供的Configuratiom和Advan Trol Pro相关软件进行。现场操作站可选择西门子提供的触摸屏。其操作面要具备给单元及功能模块的检测信息及错误报警，各环节操作流程和操作提示，各环节相关参数的显示和操作，相关操作的互锁功能及动画界面等。在具有一定特殊性的基础上，利用总线实现不同控制单元的有序连接，对诊断信息进行准确分析，并显示出工业机器人的错误操作并进行预警，便于相关技术人员发现问题的第一时间进行妥善处理，以便在短时间内对故障问题进行妥善处理，从而保证控制系统的高效运行，提高冲压自动化生产线的生产效率。
2.4 安全系统。
安全系统是自动控制系统自动生成，安全生产的命门，在物理层，我们需要利用安全栅等硬件来确保安全，在硬件的使用和软件方面采取冗余结构，在它们的设置方面采用互锁功能来保障安全。利用声光报警灯方式及时提醒。在各关键环节如上下料，冲压等环节设置好启动和急停按钮。利用这些手段做到提前预知故障，故障及时知晓，故障出现时做到自动恢复或安全处理停机处理，便于工作人员及时维修处理，为安全生产保驾护航。
2.5 仿真模拟系统。
仿真模拟系统是用于投运、教学演练、生产调试等。它的作用主要是在生产投运前做到有问题提前及时发现，不将问题带入生产。在员工或学员培训时能方便直观地了解和操作系统，做到在最短的时间内熟练操作的目的。在生产调试过程中可以反复地模拟后再实践，减少设备磨损和故障，缩短现场的调试时间。
3.结语
总而言之，随着现代科学技术的不断进步，技术方面和设备方面也越来越科学新颖，使得冲压技术也得到优化，工业机器人的出现和应用，有效地代替了人工劳动，促进了工业生产效率的不断提升，为工业产品质量控制打下良好的基础。尤其是在冲压自动化生产线中，工业机器人的应用促进了自动化生产水平的提升，并且将工业生产成本控制在最佳范围内，在工业生产领域受到广泛关注。
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