冯 锋

（江苏财经职业技术学院，江苏 淮安 223001）

引言

在机器人生产作业中，为提升机器人作业效率，要求为机器人提供最优化路径规划方案。近年来，研究学者深入分析了机器人路径规划，包括曲占奎提出A加算法，针对机器人路径规划采取全局路径分析法；宋金华利用三次样条插值法，针对末端位置进行迪卡尔空间轨迹规划分析；刘建华利用以群算法提出栅格地图，可显著提升机器人障碍物规避能力。在工业应用中，要想提升机器人作业效率，要求机器人处于下降空间内，完成搬运物料、转移等循环性复杂作业。但由于多种因素限制，现有算法模型无法直接应用。对此本研究以发动机罩壳冲压生产线为例，提出整体设计方案，通过对机器人路径进行提前预判，构建三维坐标系，以机器人初始位置和设备坐标为基础，确定最优化路径的具体坐标值，分析初始位置以确定路径点。结合空间三维曲线轨迹，获得机器人最优化路径方案，利用计算机软件可对所提出的两种布局进行仿真分析，最终确保机器人实现循环作业，这对于工业机械制造来说，具有重要参考意义[1-2]。

1 机械加工制造及自动化技术

自动化技术包含多个学科，包括计算机科学、控制学以及电子学等理论，基于多种技术下能够逐渐完善自动化技术功能，可减少人为生产参与，仅通过软件程序下达命令即可开展自动化作业。同时，在加工过程中，还可实现自动化检测、自动分析、判断和处理等多种功能。基于当前信息快速发展下，在企业机器加工中利用自动化技术能够实现专业化及批量化生产，具体为：第一，安全性，基于科学技术指导下，虚拟仿真技术作为计算机发展的重要产物，也被认为是近年来新型自动化技术，可用于构建安全演示平台和预警平台，确保企业能够实现安全机械加工。过去在企业加工制造中，要求工作人员提前绘制设计图纸，实现现场加工，但由于受人为、机械等因素影响，导致机械制造安全无法获得保障，利用虚拟仿真技术通过构建预警平台和安全演示平台，可帮助工作人员及时发现在加工制造中存在的安全隐患，并提出解决方案，有效规避在企业加工制造中存在的各种安全隐患问题。第二，广泛性。随物联网信息技术发展，为自动化技术带来较大机遇，能够进一步拓广自动化技术的应用。在机械制造设计，运输，包装，研发等多个环节中，自动化技术具有较广应用。自动化技术在机械加工制造、包装、研发、设计和运输等多个环节中发挥重要作用，可展示其技术广泛性特点。第三，高效性。过去在开展企业机械加工制造时，大多是采用人工方式为主，随加工进度要求提升，过去，企业机械制造过程中采用人为方式来开展，随用户对产品加工精度和速度要求提升，采取人为加工方式无法满足实际生产需求。对此企业运用计算机自动化技术，通过软件编程能够实现自动化加工制造，精准化控制，显著提升整个产品的加工制造效率[3-4]。

2 自动化技术在机械加工制造中的应用

第一，智能化技术基于传统生产模式下，很难实现机械加工制造全过程控制，而应用智能化技术制造的一些优势，比如，在机械加工制造中运用智能化技术，能够实现加工制造全过程检测，分析检测数据，以明确加工制造中存在的问题及时优化制造方案，防止在生产线中出现残次品，确保产品质量达标。第二，虚拟化技术。应用传统机械技术进行产品加工制造，很容易产生产品误差，进而影响产品质量。尤其对于一些高精密度的零部件加工时，很容易产生误差，如果没有合理控制误差，不仅会浪费资源，同时也会提高企业生产制造成本，无法保证最终产品生产质量。当前，虚拟化技术被运用于机械加工制造领域中，通过计算机软件技术能够实时模拟产品在加工中的全过程，通过模拟分析，及时调整产品生产相关参数，尽可能减少生产误差，确保达到产品质量要求，帮助企业降低生产成本，提高资源利用率。第三，柔性化技术。基于新形势背景下，企业机械制造发展中，要重视技术创新，依靠先进技术力量，来提升加工制造质量和效率。过去由于受技术因素影响，机械加工制造流程具有较强的随意性，因此，所生产产品参数不统一，产品质量无法满足客户需求，这对于企业生产制造来说是不利的。当前在机械制造领域中应用柔性化技术，需提前做好市场分析，使产品生产能够符合时代发展需求，及时调整产品在加工制造中的类型数量等相关参数，不断规范加工流程，确保实现高效化机械加工制造。第四，PLC自动化技术，该技术即可编程控制器，PLC在机械加工制造中具有重要意义。在应用该技术过程中需结合产品工艺流程，制定切实可行的加工控制方案，结合产品生产工艺需求以及加工对象，可依次安装指示器、变频器、接触器等，工作人员根据控制对象，严格做好PLC点数控制，选择合适的储存器，降低在产品生产制造中存在的质量问题。除此之外，对于PLC技术设计上应基于生产工艺作为前提，控制产品生产的各个流程，在产品外包装中标明，生产条件以及作业顺序，通过PLC操作图纸，设计合理的生产程序，在产品PLC生产过程中对工作人员要求较高。为进一步说明自动化技术在机械加工制造中的具体应用，本研究中以发动机罩壳冲压生产线作为研究对象，通过规划机器人最优化路径，经虚拟仿真验证，该方法更满足企业实际生产需求。

3 机器人冲压生产线的布局规划

在企业生产线中发动机罩壳的具体生产工序为:初始物料可经过涂油机上油，依次包括粗拉伸、精拉伸、切边、冲孔和焊接等，根据搬运物料的大小，形状以及现场作业条件，需使用机器人共计6台，具体型号为Fanacm20a，该机器人最大半径覆盖为181.1 mm。产品在粗拉伸和精拉伸过程中所需消耗时间为16 s，切边、焊接作业流程所需时间为8 s，因此在粗、精拉伸过程中可采取并行双排方式。同时受生产安全因素和现场作业条件影响，发动机罩壳工序采取整条生产线，对此提出两种生产线布局，如图1所示。

图1 两种生产线布局图

根据图1，利用实心圆线表示机器人最大半径覆盖范围，机器人作业流程为：利用涂油机取料后，依次为压机一、二进行机器人供料，完成粗拉伸作业。机器人二可将压机物料提供给压机三，机器人二可从压机二取料提供给压机四，等到压机三和压机四依次完成精拉伸作业后，再由压机三、压机四为压机五提供物料。待压机五完成切边作业后，由机器人向压机六提供物料，压机六完成冲孔作业后，需将压机五和压机六物料提供给螺母焊接。在焊接过程中机器人六提取螺母焊接的物料，进行下料操作。结合工艺流程图，利用上述两种生产性布局方式，可满足产品生产需求，然而采用不同布局需考虑如下因素。针对第一种布局，其生产线占地面积较小，整体结构紧凑。机器人四、五、六能够在压机不同位置进行取料、放料，以缩短生产实践，降低干涉可能性，但会导致现场布线较为复杂，机器人运行空间较为狭小。第2种布局，现场布局便捷，机器人具有较大的操作空间，并且可灵活性选择路径规划方案，然而整体来看，第2种布局场地利用率低，两两设备间距离较大，因此，会延长生产实践，并且机器人四、五、六需在压机同一侧进行取料、放料，这对于机器人逻辑性要求较高。

4 机器人的路径预判

为能有效规划机器人路径，需提前构建机器人的预判路径和实际路径框架，分析影响机器人路径的重要区域，通过对机器人路径进行提前预判，可为后续机器人路径规划提供参考，并提升路径规划的准确性，可缩短机器人规划路径时间，便于在路径规划中实现空间分析和碰撞检测分析。在本次研究中，通过机器人在进行空间操作和任务作业时，可提出两种布局的预判路径，具体如下页图2所示。其中第1种布局和第2种布局，机器人一、二路径保持一致。在第2种布局中，4台机器人的预判路径图可分别用不同颜色进行表示，以分辨不同机器人所选择的路径，同时不同曲线标注后，能够帮助工作人员掌握机器人运动轨迹。

图2 两种布局的路径图

5 结语

基于当前科学技术快速发展背景下，本研究分析了自动化技术在机械制造领域中的应用，同时利用发动机罩壳冲压生产线将其作为案例，分析在提前预判机器人作业路径的前提下，通过构建三维坐标系，分析机器人最佳初始位置确定方法和最优路径选择法，利用计算机软件，开展路径规划仿真实验分析，并将最终规划结果应用于实际生产。通过研究发现，本研究中所提出的机器人路径规划法，可满足企业生产需求，这对于机械制造行业机器人应用具有重要参考意义。