机器人自动换模方案研究

随着折弯自动化行业的蓬勃发展，高效的换模及模具库位管理已经成为制约产线效率的重要因素。本文结合WILA自动换模系统及机械手，提出了一种新的模具快速精确更换方法。利用WILA的ACT、TIPS功能和折弯分析软件生成的准确的模具工位及编号需求，给到机械手完成模具的更换。折弯机的主要作用是将金属板材折弯成具有一定形状的工件，通过更换模具和多次折弯得到较为复杂的截面形状，是金属板材加工中不可缺少的设备，被广泛应用于各种金属板材加工行业，如飞机、船舶、汽车、电子设备、仪器仪表和医疗器械等行业。随着这些行业的不断发展，所需的折弯工件日趋复杂且数量庞大，这也对折弯机技术提出了新的需求，即更好的折弯工艺和更高的折弯效率，以应对不断发展的行业需求，同时工件的种类越复杂，所需要的模具种类就越多，如何对众多的模具进行管理就显得尤为重要。因此，折弯机的自动换模技术以及轨迹算法的研究具有重要意义。目前市面上主流的自动折弯方案是通过机械手和折弯机的组合或者是手动快夹和模具的组合。这种组合方式适用于大批量的生产，模具更换的频次少，模具装夹完成后，机械手夹持金属板件进行加工。但当产品为小批量多批次时，模具更换频繁，人工更换模具的方式耗时耗力，不能满足高效、高质的需求。我们采用的方式是折弯机加机械手加WILA自动换模系统。新增的WILA自动换模系统以及机械手完成模具的快速更换。WILA自动换模系统核心技术WILA自动换模技术主要由两个核心技术组成：ATC（自动换模技术）和TIPS（模具识别与定位系统）。ATC自动换模技术如图1所示，模具上带有ATC接口，可以和满足要求的机械臂进行配合使用，机械臂通过ATC接口抓取模具进行操作。第二个核心技术是TIPS，即模具识别与定位系统，如图2所示。TIPS由多个部分组成，如TIPS识别标签、带有TIPS的夹紧系统、控制器以及PC。TIPS系统通过识别标签对不同的模具进行识别，通过控制器控制夹紧系统对模具的夹持，机械臂通过TIPS系统知道期望的模具后，通过ATC接口抓取模具进行操作。图1ATC技术图2TIPS技术通信流程WILA设备数据采集采用的是PC机作为中间的传输系统，与机械臂和WILA工具进行数据沟通，通信采用三种数据：数字I/0、数值寄存器以及位置寄存器。通信流程如图3所示，机器人向PC机发送开始信号，PC机采集WILA设备的信息，如果设备准备就绪（供电、线缆、温度、电压等都无问题），PC机向机器人反馈一个OK的信号（记录在数值寄存器内）；如果有问题发生，将人工干预对其进行处理；如果没有问题机器人将继续发送一个位置检测信号，PC机向折弯机发送检测信号，获取数据完成之后，告诉机器人开始发送数据，发送数据完成之后，再继续发送一个数据发送完成信号，由机器人进行读取。图3通信流程自动换模操作坐标系的选择折弯机与模具库坐标系原点的选择均位于设备左侧如图4、图5所示的位置，坐标系依据右手法则。图4折弯机坐标系图5模具库坐标系抓取点反馈数据在抓取过程中，折弯机与模具库上模具我们以BIU模具为例，折弯机与模具库下模具我们以OZU模具为例。折弯机上夹具：针对折弯机上夹具，参考坐标系原点相对于夹具底部平面距离37mm，相对于前端参考平面10mm，相对于左侧平面0mm，如图6所示。折弯模具抓取点反馈回来的数据为（ID,X,Y,Z），其中BIU-012模具X值为-8.5mm，Y值为-33.5mm，如图6中的lefthorn的Z值为TIPS检测到的值加8.8mm。若为righthorn则TIPS检测到的值减8.8mm，若无horn则Z值为TIPS检测到的值。图6折弯机上夹具折弯机下夹具：针对折弯机下夹具，参考坐标系原点相对于夹具底部平面距离20.5mm，相对于前端参考平面6.5mm，相对于左侧平面0mm，如图7所示。折弯模具抓取点反馈回来的数据为（ID,X,Y,Z），其中OZU模具X值为0，Y值为30mm，Z值为TIPS检测到的值。图7折弯机下夹具模具库上夹具：针对模具库上夹具，夹具参考坐标系原点位于左侧，坐标原点相对于底部平面的距离为37mm，相对于前参考平面的距离为10mm，相对与左侧平面0mm，如图8所示。折弯模具抓取点反馈回来的数据为（ID,X,Y,Z），其中BIU-012模具X值为-8.5mm，Y值为-33.5mm，图8中的lefthorn的Z值为TIPS检测到的值加8.8mm。若为righthorn则TIPS检测到的值减8.8mm，若无horn则Z值为TIPS检测到的值。图8模具库上夹具模具库下夹具：针对模具库下夹具，夹具参考坐标系原点位于左侧，坐标原点相对于底部平面的距离为22.5mm，相对于前参考平面的距离为6.5mm，相对于左侧平面的距离为0mm，如图9所示。折弯模具抓取点反馈回来的数据为（ID,X,Y,Z），其中OZU模具X值为0，Y值为30mm，Z值为TIPS检测到的值。图9模具库下夹具自动换模轨迹计算模具取放规则根据优先不干涉的原则，机器人先从折弯机上将不需要的模具取出，放入模具库；然后将需要移动的模具在折弯机上进行移位；最后从模具库取出需要的模具放置在折弯机上。每次执行完以后必须和PC机进行位置信息确认，保证模具放置精准。模具需求信息采样在PC机上安装折弯工件分析软件，得出模具需求信息，如图10所示。工控机通过WILA设备问询系统得到当前4段模具库实际状态，通过数据比对，根据模具取放规则，自动计算出全部模具ID放置位置。图10分析软件得出的模具需求简要描述轨迹算法折弯模具的位置信息如图11所示，（x.offset,y.offset,z.offset）位置数据为折弯模具换模抓手抓取点，相对于图11预定好参考坐标系的距离值。我们系统中总共有4个柔性夹具，分别为折弯机上夹具、折弯机下夹具、模具库上夹具、模具库下夹具。图11折弯模具的位置信息结束语