新型龙门架KUKA机械手夹具智能保护系统的研究与应用

制丝车间在叶丝高架库CT1与烟丝高架库CT2中，各配备两台龙门架KUKA机械手负责料箱盖的抓放，设备使用至今，存在着以下问题：

（1）KUKA机械手夹具的机械结构设计存在缺陷，无法有效降低撞击带来的冲击力，容易造成夹具损坏变形。

（2）夹具的电控传感器分布设计不合理，无法有效监测撞击的发生而提前停止机械手运行。

（3）鉴于机械手运行依赖于高精度定位系统，碰撞后稍有变形则无法继续使用，维修时间长，且报废率高，成本大。

对2011年至2013年龙门架机械手故障情况进行统计发现，因碰撞而导致夹具完全报废的次数有4次，维修成本达32万元。其中CT2高架库发生两个龙门架机械手全损坏的情况，直接导致掺配生产瘫痪，卷包供丝长时间中断；而夹具变形的次数高达52次，严重影响了整个高价库物流系统的稳定运行及效率的发挥[1]。

因此有必要对龙门架KUKA机械手夹具进行优化设计，解决目前机械手夹具刚性碰撞时，处于运行状态的KUKA机械手夹具损坏问题，提高操作人员安全性与系统稳定性。

攻坚点与实现目标：

攻坚点：

通过何种机构实现自我报警功能，并且该机构需要有相当高的通用性，适用性与可靠性。创新点在于：龙门架机械手在工作过程中，能够自我实现故障的避免。

研究龙门架机械手损坏原因。难点是偶发性，现场观察困难。

实现的目标：

设计一种全新的KUKA机械手夹具，解决目前机械手夹具刚性碰撞时生产的KUKA机械手夹具损坏问题。

主要通过软硬件的设计，对龙门架机器人加装一套防碰撞装置，在激烈碰撞将要发生时立即停止机器人动作，阻止碰撞的发生，同时产生报警，有效避免设备的损坏，大幅降低停机时间，有效保障高架库物流系统的稳定运行，维护设备安全与生产的正常开展[2]

对策方案的提出和比较：

方案一、对龙门架机械手与夹具的连接部采用单一上下式气缸连接方案。结构简单。

方案二、将原有的刚性连接转变为多方位自由转向的柔性连接，并增加智能预警功能。从而在任何角度发生碰撞时，机械手都会实现自我保护停机。

第一种方案只能当龙门架机械手发生垂直碰撞时才有一定的效果，由于整个机械手夹具面积大，单夹具边缘发生碰撞时气缸式连接头容易倾斜卡死。而方案二解决了多方位的问题，固选用方案二[3]。

主要对策措施：

通过对龙门架机械手的内部结构，工作以及控制原理进行研究，设计开发一种防止误动作损坏的一种自警系统。实现在生产过程中，能够有效应对各种突发情况，消除因为其他客观原因造成的机械手损坏问题。该项目的主要对策有以下三点：

（1）自动保护系统的机械结构。设计开发与应用，采用何种机械结构，安装于现有设备何位置。在龙门架机械手现有设备的基础上，新开发的结构不能对现有功能造成影响，而且要完美实现项目所需要的功能。

（2）自动保护系统的电路及程序构成。即报警停止电路的设计，并且与之配套的程序编写。在高架库原有电路程序体系上，需要无缝嵌入此项目的程序，需要适用于原程序的软件使用环境，不能出现程序不稳定等异常情况。

（3）自动保护系统的可靠性。系统需要确保机械，电气和控制方面的安全性和可靠性。系统机械安装，电气接入，软件接口等导入后，机械电气方面需要确保能够长时间正常使用，软件程序方面不能有恶性BUG，与原有软件使用环境完美兼容。

对策措施实施后的效果（与改进前的现状比较）：

CT1龙门架机械手改进后至今夹具发生碰撞累计高达34次，均未发生夹具损坏事件，未应夹具撞击而发生断料影响生产事件。

主要的巩固方法：

定期清洁检测光电，验证光电功能。

定期检查光电固定支架，调整光电位置。

定期润滑滑动导向轴承的灵敏度防止卡死。