[发明专利]工业机器人作业四段法协同规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化生产线技术领域，具体涉及自动化生产线中工业机器人与机床配合上下料的协同规划方法。   

背景技术

在产品的加工过程中往往需要一到多道工序，不同的工序由不同的机床来完成。在传统的生产方式下机床上下料完全由人工完成。随着自动化水平的不断提高以及用人成本的不断增长，用机器人给机床进行上下料的自动化生产线得到广泛应用。机器人和机床在生产线中交叉排列，形成机器人—>机床—>机器人—>机床······—>机器人序列。线首机器人从固定地点抓料给第一台机床上料，中间机器人既要给前一台机床下料又要给后一台机床上料，线末机器人负责给最后一台机器人下料。其中任意机床与其上下料机器人组成一个加工单元，整条生产线的效率由最慢的那个加工单元决定。 

目前的机器人上下料自动化生产线中机器人的末端轨迹是靠示教生成的，而运动速度是人为设定的。这种方法虽然能基本满足生产要求，但存在三大问题。第一，在确定机器人给机床上下料的等待点时，总是尽量靠近机床工位，用此方法减少机器人上下料时间，但此方法需要机器人在得到上下料信号时需要从零开始加速，这导致本方法的效率低于以一定初速度进入机床的效率。第二过高的设定速度容易超出机器人载荷。速度过低进一步影响生产效率，最优速度靠人工设定几乎不可能找到。第三、在一条机器人自动化生产线中往往不只存在一台机器人，整条生产线的效率由最慢那台机床和上下料机器人的作业周期决定，其余的机器人即使速度再快也不能提高整条生产线的效率。只会在高负荷运行后，增加了等待时间。这样对机器人的使用寿命非常不利，同时也增加了能耗。    

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种提高生产效率并使工业及其亲人各段负荷均衡的工业机器人作业四段法协同规划方法。 

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是： 

本工业机器人作业四段法协同规划方法，包括如下步骤：

a)将工业机器人动作顺序分别按下料作业段（LO）、下料机器人携带前一台机床加工完的工件走向下一台机床（WU）、工业机器人进入下一台机床进行上料作业（UO）以及工业机器人完成上料作业后空载走向前一台机床准备下料（WL）四段；

b)通过公式S=（v×v）/(2×acc)计算在工业机器人轨迹示教时对下料作业段（LO）以及工业机器人进入下一台机床进行上料作业（UO）两个阶段工业机器人下料与上料等待点与机床的距离S，式中acc为工业机器人的最大加速度，v为设定在机床内的取放料最大速度；

c)在工业机器人最大运行速度下，将其下料作业段（LO）以及工业机器人进入下一台机床进行上料作业（UO）两个阶段的结束时的系统时刻减去启动时的系统时刻，得到的差值分别为下料作业段（LO）的最短运行时间T_LO以及工业机器人进入下一台机床进行上料作业（UO）的最短运行时间T_UO；

d)通过公式T_all=max(T_UO[i]+T_P[i]+ T_LO[i+1]),i=1,2,3,4……，计算出最慢加工单元的周期T_all，式中T_P[i]为第i台机床的单件加工时间；

e) 根据公式clock_LO_start=clock+T_P-T_ACCL，计算出最慢的加工单元的下料工业机器人的下料启动时刻clock_LO_start，式中clock为CPU当前时钟，T_ACCL为最慢的加工单元的下料工业机器人进入机床下料需要的加速时间，当CPU当前时钟clock等于clock_LO_start时，启动最慢的加工单元的下料工业机器人，根据公式clock_UO_start=clock+T_LO-T_ACCU计算出最慢的加工单元的上料工业机器人的启动时刻clock_UO_start，式中clock为CPU当前时钟，T_ACCU为最慢的加工单元的上料工业机器人进入机床上料需要的加速时间。

为了实现在不影响效率的前提下，使各个加工单元低速连续运行，还可以包括如下步骤： 

f)设定工业机器人四段运行周期为T，下料作业段（LO）与下料机器人携带前一台机床加工完的工件走向下一台机床（WU）时间之和为1/2T，业机器人进入下一台机床进行上料作业（UO）与工业机器人完成上料作业后空载走向前一台机床准备下料（WL）时间之和为1/2T；