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发那科折弯机器人项目过程以及技术要点
以机器人作为核心执行部件的数控板料折弯柔性加工单元是一套高度自动化的设备组合，具有高效率、高质量和高灵活性的优点。在折弯柔性加工单元中，选择合适的部件组合，能够为提高加工效率、灵活性提供更好的支撑。折弯精度取决于折弯机的自身精度、机器人的定位精度、发那科机器人与折弯机的协同控制；协同控制的难点在于机器人与折弯机的速度匹配，以及机器人托扶工件的运行轨迹；较差的跟随效果将严重影响折弯角度成形效果和板面平整度，从而影响成品的品质。
折弯加工单元的组成
标准折弯加工单元（图1）以机器人和折弯机为核心，抓手、上料台、下料台、定位工作台、翻面架、换手装置、各种检测传感器为辅助部件。
图1 折弯加工单元的整体布局
抓手是机器人代替人工、取放工件的“手”。折弯机器人的抓手一般是把多个吸盘安装在一个金属框架上构成的。
上料台和下料台通常采用堆垛货盘，也有采用传送带或辊道为单元输送原料和转运成品的。油性板材，容易发生粘连，导致一次拿起多张板材，可在上料台旁边加装分张装置（例如磁力分张器）和检测传感器，确保抓取板材为单张。
折弯加工单元工作流程
折弯加工单元工作主要分为上料、取料、对中、翻面、折弯、堆垛六个过程，如图2所示。
图2 折弯加工单元的工作流程
⑴上料。人工将需要加工的板料整垛放置到上料台上，上料台上安装板料检测开关，避免板料全部加工完后，机器人抓取托盘。
⑵取料。机器人运行到上料台位置，通过抓手上安装的超声波传感器检测板材的高度，根据检测数据，自动运行到合适的位置进行板料的抓取，板料抓取后，通过测厚装置进行板料厚度的测量，避免出现一次抓取多张板料，造成加工故障，测厚通过后，准备对中。
⑶对中。机器人运行到定位台位置，将板料放置于定位台上进行精准定位（图3），定位完成后再次抓取板料，准备折弯。
图3 板料定位
⑷翻面。根据工艺需求判断是否需要使用翻面架，如果需要，则将机器人运行到翻面架位置，将板料放置到翻面架上，机器人松开板料，并运行到板料的另一面进行板料抓取。
⑸折弯。机器人运行到折弯机位置，将板料放平到折弯机下模上，通过折弯机后挡指传感器进行精准定位，定位完成后，机器人发送折弯信号给折弯机，并协同折弯机完成折弯动作，判断是否需要再次折弯，来决定是否进行连续折弯，如图4所示。折弯是重点环节，折弯的技术难点在于机器人与折弯机的配合动作，即折弯跟随。机器人夹取或者托扶板料折弯时，板材变形，机器人需要根据特定的轨迹算法跟随板料做圆弧动作，并与板材始终保持相对固定的位置。
图4 板料折弯
图5 板料码垛
⑹码垛。机器人运行到下料台位置，因工件成形的区别，存在多种码垛工艺动作，例如常规矩阵码垛、单双层交叉码垛、正反相扣码垛等等，如图5所示。
技术要点
目前市场上不管是通用标准六轴机器人，还是机器人臂展或形体上针对折弯工艺优化的折弯专用机器人，都需要折弯跟随算法支撑，不跟随折弯的情况少之又少。没有好的跟随效果，夹具或者吸盘抓手会因为较差的跟随轨迹，拉扯工件，形成板材皱纹，影响成形质量。建立准确的机器人折弯跟随运动模型，有助于建立良好的跟随轨迹算法，从而获得优异的跟随效果。
图6为折弯过程示意图，据此得到折弯跟随数学模型，如图7所示。
图7各参数分别表示为：
1)上模R弧半径：R，单位：mm；
2)下模R弧半径：r，单位：mm；
3)下模开口：V，单位：mm；
图6 折弯过程示意图
4)下模角度：∠b，单位：°；
5)工件厚度：T，单位：mm；
6)中性层到工件上表面厚度：λ，单位：mm；
图7 折弯运动模型
7)工件折弯角度：∠a，单位：°；
8)折弯机滑块从夹紧点下行量：S，单位：mm。
根据数学模型计算出折弯角与折弯下行量的关系：
表1 折弯模具信息及折弯工件必要信息
图8 折弯角度与机器人运行轨迹关系
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