機器人自動換模方案研究

隨著折彎自動化行業(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自動換模系統(tǒng)及機械手，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確的模具工位及編號需求，給到機械手完成模具的更換。折彎機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雜的截面形狀，是金屬板材加工中不可缺少的設備，被廣泛應用于各種金屬板材加工行業(yè)，如飛機、船舶、汽車、電子設備、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雜且數(shù)量龐大，這也對折彎機技術提出了新的需求，即更好的折彎工藝和更高的折彎效率，以應對不斷發(fā)展的行業(yè)需求，同時工件的種類越復雜，所需要的模具種類就越多，如何對眾多的模具進行管理就顯得尤為重要。因此，折彎機的自動換模技術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折彎方案是通過機械手和折彎機的組合或者是手動快夾和模具的組合。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，機械手夾持金屬板件進行加工。但當產(chǎn)品為小批量多批次時，模具更換頻繁，人工更換模具的方式耗時耗力，不能滿足高效、高質(zhì)的需求。我們采用的方式是折彎機加機械手加WILA自動換模系統(tǒng)。新增的WILA自動換模系統(tǒng)以及機械手完成模具的快速更換。WILA自動換模系統(tǒng)核心技術WILA自動換模技術主要由兩個核心技術組成：ATC（自動換模技術）和TIPS（模具識別與定位系統(tǒng)）。ATC自動換模技術如圖1所示，模具上帶有ATC接口，可以和滿足要求的機械臂進行配合使用，機械臂通過ATC接口抓取模具進行操作。第二個核心技術是TIPS，即模具識別與定位系統(tǒng)，如圖2所示。TIPS由多個部分組成，如TIPS識別標簽、帶有TIPS的夾緊系統(tǒng)、控制器以及PC。TIPS系統(tǒng)通過識別標簽對不同的模具進行識別，通過控制器控制夾緊系統(tǒng)對模具的夾持，機械臂通過TIPS系統(tǒng)知道期望的模具后，通過ATC接口抓取模具進行操作。圖1ATC技術圖2TIPS技術通信流程WILA設備數(shù)據(jù)采集采用的是PC機作為中間的傳輸系統(tǒng)，與機械臂和WILA工具進行數(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，機器人向PC機發(fā)送開始信號，PC機采集WILA設備的信息，如果設備準備就緒（供電、線纜、溫度、電壓等都無問題），PC機向機器人反饋一個OK的信號（記錄在數(shù)值寄存器內(nèi)）；如果有問題發(fā)生，將人工干預對其進行處理；如果沒有問題機器人將繼續(xù)發(fā)送一個位置檢測信號，PC機向折彎機發(fā)送檢測信號，獲取數(shù)據(jù)完成之后，告訴機器人開始發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)完成之后，再繼續(xù)發(fā)送一個數(shù)據(jù)發(fā)送完成信號，由機器人進行讀取。圖3通信流程自動換模操作坐標系的選擇折彎機與模具庫坐標系原點的選擇均位于設備左側(cè)如圖4、圖5所示的位置，坐標系依據(jù)右手法則。圖4折彎機坐標系圖5模具庫坐標系抓取點反饋數(shù)據(jù)在抓取過程中，折彎機與模具庫上模具我們以BIU模具為例，折彎機與模具庫下模具我們以OZU模具為例。折彎機上夾具：針對折彎機上夾具，參考坐標系原點相對于夾具底部平面距離37mm，相對于前端參考平面10mm，相對于左側(cè)平面0mm，如圖6所示。折彎模具抓取點反饋回來的數(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檢測到的值加8.8mm。若為righthorn則TIPS檢測到的值減8.8mm，若無horn則Z值為TIPS檢測到的值。圖6折彎機上夾具折彎機下夾具：針對折彎機下夾具，參考坐標系原點相對于夾具底部平面距離20.5mm，相對于前端參考平面6.5mm，相對于左側(cè)平面0mm，如圖7所示。折彎模具抓取點反饋回來的數(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檢測到的值。圖7折彎機下夾具模具庫上夾具：針對模具庫上夾具，夾具參考坐標系原點位于左側(cè)，坐標原點相對于底部平面的距離為37mm，相對于前參考平面的距離為10mm，相對與左側(cè)平面0mm，如圖8所示。折彎模具抓取點反饋回來的數(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檢測到的值加8.8mm。若為righthorn則TIPS檢測到的值減8.8mm，若無horn則Z值為TIPS檢測到的值。圖8模具庫上夾具模具庫下夾具：針對模具庫下夾具，夾具參考坐標系原點位于左側(cè)，坐標原點相對于底部平面的距離為22.5mm，相對于前參考平面的距離為6.5mm，相對于左側(cè)平面的距離為0mm，如圖9所示。折彎模具抓取點反饋回來的數(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檢測到的值。圖9模具庫下夾具自動換模軌跡計算模具取放規(guī)則根據(jù)優(yōu)先不干涉的原則，機器人先從折彎機上將不需要的模具取出，放入模具庫；然后將需要移動的模具在折彎機上進行移位；最后從模具庫取出需要的模具放置在折彎機上。每次執(zhí)行完以后必須和PC機進行位置信息確認，保證模具放置精準。模具需求信息采樣在PC機上安裝折彎工件分析軟件，得出模具需求信息，如圖10所示。工控機通過WILA設備問詢系統(tǒng)得到當前4段模具庫實際狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)比對，根據(jù)模具取放規(guī)則，自動計算出全部模具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，相對于圖11預定好參考坐標系的距離值。我們系統(tǒng)中總共有4個柔性夾具，分別為折彎機上夾具、折彎機下夾具、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