如何降低冲压搬运机器人掉件故障率

目前，汽车覆盖件冲压生产线基本都实现整线自动化生产，通过利用机器人搬运与压力机连续生产模式的配合，实现整线的自动化生产。

在搬运机器人自动化生产过程中，机器人掉件故障是常见故障。机器人掉件是指搬运机器人在搬运零件过程中，由于机器人异常导致零件掉落的现象。某车型某个零件在进入量产阶段后，频发掉件异常，严重影响生产效率。

掉件不仅造成节拍损失、材料浪费等，还可能导致设备本体和模具损坏。本课题主要以解决该零件掉件异常，延展出如何降低冲压搬运机器人掉件故障率的课题，进而提高生产效率。

零件吸附原理

机器人吸附零件的主要原理是通过利用大气压压差实现吸附动作。如图1 所示，压缩空气高速流过时，在附近的吸口产生负压真空，即吸附力。通过在吸附口增加吸附部件(如吸盘等)，通过利用压差的作用力，可以实现零件的吸附动作。

图1 机器人真空吸附原理

机器人吸附气路结构组成

如图2 所示，搬运机器人吸附气路主要包含真空发生器、机器人连接盘、端拾器本体、吸盘和各气管及连接附件。其中任何一个环节出现异常，都有可能造成零件异常掉落。

图2 机器人吸附气路组成示意图

真空发生器

真空发生器是产生真空，实现压差的核心部件，压缩空气在真空发生器快速流过，在真空端产生真空负压，实现压差。真空发生器由参数设置单元、电磁阀、阀体阀芯、阀芯护罩和滤杯组成，属于精密部件，对气体洁净度要求高，是需要重点关注的核心部件。

连接盘

机器人连接盘位于碳纤维横臂上，连接盘用于连接碳纤维横臂与机器人七轴，实现部件的硬连接和气路连接，连接盘上加工有用于连接气路的气孔和气路通道，也是机器人吸附气路上的关键部件。

端拾器

端拾器是实现零件吸附，搬运零件的执行部件。端拾器主要由主杆、支杆、吸盘、气管及气管连接头等附件组成，如图3 所示。

图3 端拾器结构

机器人掉件的影响因素

气密性

如上所述，机器人吸附零件，进行搬运的过程中，通过产生负压真空，实现吸附力。因此，气密性是影响掉件的首要因素之一。

气密性要求涉及整个吸附气路，从真空发生器、连接盘到端拾器吸盘，以及其间的连接气管和气管接头等部件，任何一处出现漏气都会导致真空度不足，造成零件异常掉落。

所以，气密性影响因素要求对机器人吸附气路进行全面排查。在某车型某零件频发掉件问题处理中，通过全面排查发现，机器人连接盘内部密封件老化破损，导致气密封失效，经更换处理后，掉件故障有所改善。

吸盘布局

吸盘布置于端拾器上，是实现零件吸附的直接执行部件。吸盘的布局包括吸盘在零件型面上的吸附位置、吸盘的布置角度、布置高度三大主要方面。

吸盘布局也是保证零件正常吸附，顺利完成搬运的重要影响因素。在某车型某零件掉件问题排查过程中，发现存在4 种不合理的吸盘布局情况，如图4 所示。上述四种不合理的吸盘布局情况，最终都会导致吸盘的吸附面出现贴合不良，导致吸盘漏气，造成气密性异常，无法吸附起零件或者造成异常掉件。

图4 4 种不合理的吸盘布局

通过对上述四种不良布局进行对应处理，某车型某零件的掉件故障率有明显下降，但是依旧没有彻底消除。此外，针对吸盘布局，需要根据实际情况制定相关的布局标准文件，在新车型导入调试阶段，就要完成此类不良的规避。

吸盘选型

目前，市场上用于机器人零件吸附使用的吸盘种类、规格较多。通过分别对不同规格的吸盘进行吸附力试验，得出每种吸盘的吸附力数据(图5、图6，包括拉脱力和横向力，拉脱力是指上下方向吸盘的吸附力，横向力是指左右方向的吸附力)。

图5 吸盘拉脱力试验数据

图6 吸盘横向力试验数据

再通过对比零件的实际重量与每个频发掉件机器人的总吸附力数据，发现其中有两个工序的机器人(R31、R41)的拉脱力和横向力都低于使用要求(图7、图8)。通过更换吸盘，增加端拾器总体的吸附力，能够彻底消除掉件异常。

图7 某零件各工序端拾器拉脱力值

图8 侧围零件各工序端拾器横向力值

不同规格的吸盘吸附力存在差异，前期调试阶段，由于机器人搬运速度慢，吸附力核算经常偏低；在新车型量产后，产量提升阶段，随着机器人速度提高，对于零件的吸附力要求也会随着变化。因此在吸盘选型方面，新车调试阶段应该按照实际生产节拍进行相关数据核实，再对吸盘进行选型。

结论

如今，同行业冲压生产线自动化程度越来越高，消除搬运机器人掉件异常，提高自动化生产效率是一个具有较高经济效益的课题。本文主要从搬运机器人的吸附原理和吸附结构出发，剖析影响零件吸附掉件的三大影响因素：气密性、吸盘布局和吸盘选型。同时结合实际的生产案例，对如何消除冲压搬运机器人异常掉件进行分析，最终消除某车型某零件的掉件故障，并得出如何消除冲压搬运机器人异常掉件的方法：⑴全面排查机器人吸附气路，检查气密性。⑵排查吸盘布局，并制定符合实际生产情况的吸盘布局标准。⑶在新车型导入时，正确核算吸附力，选择合适的吸盘。

——来源：《锻造与冲压》2021年第8期