抓取时间对物流搬运效率的影响

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图3.98显示了快速抓取和放置对于实现应用的经济效率有多重要，因为在许多情况下，打开和关闭时间是每个周期两次。由于抓取和放置工件每个节拍发生两次，每次所需的0.1 s已经占整个节拍时间的40%。该表清楚地表明，抓取时间在平动型机械手中和单指行程的大小不成比例关系。表3.20不同结构的气动机械手的张开关闭时间与抓取和放置时间相比，运输时间对整体搬运过程的设计显得更为重要。始终应该结合搬运任务来理解抓取时间。

正如前面关于单指行程的章节所述，手指接触到工件必须执行的路径是所需抓取时间的关键因素。抓取时间也取决于其他因素，这些因素在工件的抓取和放置中都必须考虑。一般来说，其目的是在搬运工件的过程中保持抓取时间或放置时间的绝对值最小。这尤其适用于直接连接负责上料和下料等任务的搬运系统。图3.98显示了自动化解决方案中物流未直接连接的情况，即所谓的“孤岛”解决方案。将工件从没有直接连接到机器上游的存储空间或仓库中拿出。它们被抓取并运送到搬运站点，然后放置。这意味着抓取时间和放置时间都在搬运时间内。

这些时间都是串行在一起的，时间的并行化是不可能的。

图3.98显示了快速抓取和放置对于实现应用的经济效率有多重要，因为在许多情况下，打开和关闭时间是每个周期两次。搬运系统的精确定位通常是抓取或放置工件的必要条件。所需有效载荷（机械手和工件）的减速和对位置的精确调整会在运输时间内下降，但在机械手重量较低的情况下可以得到改善。

机械手的抓取时间会有很大的不同。超快速电动机械手的关闭时间为0.02 s，比极快真空机械手的关闭时间要快约0.05 s。根据手指行程和机械手尺寸，气动机械手可能需要1～2 s才能关闭。

pagenumber_ebook=116,pagenumber_book=103

图3.98　自我补给的物流系统（不包含旋转单元）

在根据应用选择机械手时，应考虑这些差异。有时需要0.5 s的总节拍时间，特别是对于包装行业的快速搬运动作。由于抓取和放置工件每个节拍发生两次，每次所需的0.1 s已经占整个节拍时间的40%。机械手组件的制造商通常为手指的行程抓取时间以及机械手的打开和关闭提供单独的参数列表。表3.20提供了一些特定手指行程和机械手设计的示例时间。它们都有一个共同点，那就是针对在6bar气体压力下操作的气动机械手组件。

该表清楚地表明，抓取时间在平动型机械手中和单指行程的大小不成比例关系。因此，在设计机械手组件时，必须特别注意抓取情况和针对工件尺寸的设计。张角型机械手在某种程度上可能比平动型机械手速度快一些，但它们也有不同的打开和关闭时间。对于集成抓取力保持（GFM）的气动机械手，通常使用弹簧来实现。弹簧在打开时起支撑作用，在关闭时起反作用。还有与结构类型相关的速度差异。张角型机械手在张开、闭合角度很小时速度非常快，这在表3.20的最后两行中做了说明。

表3.20中列出的时间对于不同的机械手组件制造商和不同尺寸的机械手可能会有很大差异，所以具体参数应从供应商数据表中确定。但是，制造商仅测量实际行程的运动时间。尽管由于长压缩空气管路或阀门控制造成的延误并未在这些时间内加入，但实际上不应忽视它们，因为这可能导致整个系统出现差异。例如，尽管可能的移动时间为0.02 s，但机械手的控制可能会少量延长±0.05 s。在一个固定的机器人程序序列中，这意味着需要相应地安排相应的安全功能，以便协调这些功能的开启。

表3.20　不同结构的气动机械手的张开关闭时间（GFM=抓取力保持）

pagenumber_ebook=117,pagenumber_book=104

与抓取和放置时间相比，运输时间对整体搬运过程的设计显得更为重要。可以通过使用多机械手来实现应用中更高的经济效率。在最简单的情况下，这意味着避免搬运系统的空闲时间。

装配和搬运技术的节拍时间优化的第一步是双机械手，用一只手抓取加工设备的未加工工件，另一只从机器上取下加工好的工件。

双机械手应用的目的是避免搬运系统的空运行，而且，搬运系统的利用率会比只具有一个机械手更高。图3.99中的双机械手说明了这一原理。两个机械手中的一个可以夹持未加工的工件，而另一个可以拾取成品工件。

pagenumber_ebook=118,pagenumber_book=105

图3.99　双机械手工位抓取两个产品（来源：SCHUNK）

这张图片显示了抓取成品工件后的情况。在下一步骤中，将未加工的工件放置在搬运装置中。这减少了加工设备必须等待未加工工件的时间。通过单机械手，机器人必须首先移动到已完成工件的放置点，然后从供给中拾取预加工零件并再次移动到加工设备。双机械手提供了明显的节约时间的潜力。

以下自动上、下料注塑机的示例使用塑料领域的实际应用来解释使用双机械手的路径优化方法。用于应用的机器人是基于其覆盖工件上料地点距离注塑机之间的区域大小的能力来选择的。在图3.100所示的布置中，装载有用于包覆成型的小部件的工件载体被插入机床中。但是，首先必须移除带有成品包覆成型部件的工件托架。这意味着机器人只需行进一小段距离即可将新的工件托架插入工具中。使用单机械手时，此操作将花费更长的时间，因为机器人首先必须放置已加工的工件托架，然后才能拾取新的工件托架。

pagenumber_ebook=118,pagenumber_book=105

图3.100　带有两个机械手的机器人，其中一个机械手抓取工件托架（来源：Gindele80/Robomotion）

图3.101中的机器人单元清楚地显示了搬运过程的各种接近点。六轴机器人A首先必须使用SCARA（见第4章）机器人B的其中一个机械手（X1和X2）拾取一个工件托架从而上料。然后，它行进到注塑机C并在那里等待，直到机器循环完成。电池脉冲通常与加工设备（在这种情况下是注塑机）的循环时间一致。这意味着，重要的是确保搬运系统（在这种情况下为机器人A）等待注塑机，而不是相反。

只要零件已经包覆成型并且机器已经打开工具，机器人就可以使包覆成型的零件移动到工件托架安装件W上，用空机械手X1夹紧它们。然后机器人将新零件短暂移动到工件托架存放架上并使用机械手X2放下它们。

这里，机械手X1和X2的打开和关闭时间与注射成型机的节拍时间或非活动时间直接相关，因为只有在机器人A从工具缩回时才能关闭工具。

pagenumber_ebook=119,pagenumber_book=106