全景天窗機械手的設計及應用

宋紹蕾，彭海峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

全景天窗機械手的設計及應用

宋紹蕾，彭海峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

全景天窗外形尺寸大，質量重，人工裝配占用人員較多，由于天窗固定點較多，裝配時間長，在裝配過程中依靠工人托舉，工人勞動強度大。全景天窗機械手可以輕便的滿足大尺寸天窗的裝配，同時增加一些超聲波或者激光傳感器可以實現部分進程的自動化。

全景天窗；機械手；勞動強度；輕便；自動化

1 背景

2015年5月19日，中國國務院印發《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰略，對包括汽車業在內的制造業提出了更高的要求。隨著經濟水平的不斷提高，帶動了汽車制造行業的快速發展，基于汽車需求量的增加和《中國制造2025》對汽車行業提出的要求，汽車行業的自動化水平不斷提高，逐步開始由半自動化或者全自動的單元設備來輔助或者直接代替工人的手工操作，有效降低了工人的勞動強度，提高了生產效率。本文中涉及的全景天窗機械手可以滿足帶載和空載狀態下自動行走，有效地降低了工人勞動強度。

2 天窗機械手概述

2.1 機械手組成及各部分功能概述

機械手能服務于生產，發揮自己的功能要具有完整的結構組成，主要有以下結構組成：機械手鋼構、軌道小車、升降主機、安裝夾具、安全監測裝置及電控控制六個部分組成。

①機械手鋼結構主要作用是承載整個機械手及軌道的重量，覆蓋機械手的活動范圍，一般使用一定型號的“工”鋼，在工字鋼上根據機械手安裝要求進行打眼，滿足機械手的軌道安裝。

②軌道、小車是機械手行進導向及動力，小車由電機牽引，通過編碼器可以控制小車的行進速度，根據軌道末端的行程開關可自行確認自己的行程，動力源是電力。

③升降主機依據現場高度行程進行選型，可以通過氣缸進行升降，從而滿足不同高度的工況要求，動力源是壓縮空氣。

④安裝夾具是適應被安裝件進行非標設計，設計中考慮如下幾點：第一是夾具工藝布局的合理性和適應性；第二，夾具要設計輕巧，便于操作；第三，釋放工件要安全迅速；第四，對于工件及車身接觸要做好安全防護工作，避免劃傷車身；第五，夾具工裝的零部件要求方便拆卸及安裝。

2.2 天窗裝配工藝過程

機械手夾具水平放置等待上件——人工將天窗由貨架移栽到天窗機械手上——機械手帶工件自動上升到一定高度——按動按鈕、機械手自動到線體中央——機械手自動行走至待裝配車身前——機械手限位桿與車體前風擋上邊緣框接觸后被動隨行——操作員在車身兩邊操作天窗與車頂定位（通過安裝在車頂凸焊螺柱上的導向銷（可重復使用）定位(天窗與車頂對中通過人工微調天窗夾具實現)——打緊主要固定點——機械手自動回位到取料位置，等待天窗上件。

3 機械手技術指標

3.1 導軌系統

①導軌選用鋁合金材料導軌、滑車系統安裝在車間工藝吊掛的工字鋼梁上，用于承載整個設備及工件的重量。主動行走的滑車，使用電機驅動控制。

②導軌兩端設有安全報警限位開關及與裝配輸送鏈的聯鎖安全限位開關，確保設備在極限位置時安全（乙方自行配置）。主動隨行的機械手與主線有信號交互，需在機械手導軌固定端配置一端子盒用于信號交接。

③保證滑車車輪在鋁合金導軌上能以很小的阻力運行，且機械手臂抓取物料或伸屈時滑車車輪的跳動最??；

④在軌道適當位置預留行走輪維修區域，能夠在不拆卸軌道的情況下，對行走輪進行更換、保養、檢查

3.2 機械手本體

①硬臂式助力機械手具有三個轉軸的旋轉運動：立臂轉軸（360o）、終端臂轉軸（＞300o）、夾具轉軸（360o），所有這些旋轉運動都以垂直方向為軸（各轉軸應配備限位塊）。

②硬臂式助力機械手配備旋轉制動器2套，分別對立臂轉軸、終端臂轉軸進行制動，確保機械手可以停在任意位置（包括停車位置），制動器的控制（鎖緊和松開）均由操作手柄上的按鈕來完成。

③氣路控制系統：應確保助力機械手在任意時刻、任意位置的“零重力”平衡。

④氣路平衡控制系統：確保機械手在設計行程范圍內的任何狀態任何位置處于平衡狀態，便于精確定位；操作工在對工件進行搬運、裝配操作時，所用的操作保持力不大于3.5kg。

⑤操作安全保護功能：確保只有當工件放置到合適位置后，夾具才能執行松開動作命令，此時，無論由主動或被動原因引起誤操作，均不能將工件錯誤卸載，以保障人身和設備安全。

⑥氣源斷氣安全保護功能：機械手有儲氣罐、單向閥或類似裝置，當外界壓縮空氣突然斷氣時，設備和工件不能突然下墜，并且確保完成整個工作流程。機械手應考慮到現場壓縮空氣壓力波動的可能性，為了減輕其對設備的影響，機械手應有增強動力性能的輔助裝置，如增壓器等。

⑦夾具自保護功能：防止斷氣和氣源壓力不足時松開工件（除非操作者發出指令）。夾具要求配置氣壓指示表。

⑧機械手具有壓縮空氣過濾裝置，保證設備氣動系統正常工作不受影響。

⑨機械手控制系統應能夠實現夾緊、松開、吸附、翻轉等動作。

3.3 安全性方面要求

①外形結構保護：裝置對于操作員工不具有攻擊性，對于人員、工件和車身可能構成危險的地方都有保護。

②斷氣、漏氣保護：確保機械手突然斷氣或有漏氣（不管漏氣量大?。┌l生時，不會發生意外傷人，夾具不會松開工件，并且保證可正常持續一個半工作循環。

③靜止狀態保護：用來鎖緊機械臂并阻止其各個方向的運動。當機械手在停止使用的情況下被意外的觸摸或碰撞，可以阻止回轉臂晃動。當按下制動按鈕時，機械手應處于鎖定狀態，機械手所有按鈕不起作用，防止意外傷害發生。

④誤操作保護：操作者在所輸送物品到達裝配位置之前，安全裝置必須阻止所輸送物品的意外釋放；同時在物料輸送過程中，操作者如果按下釋放按鈕或松開夾具按鈕，應保證物品處于半空時不被釋放。如果操作者停止按下釋放按鈕，機械手和操作單元必須回到原始平衡狀態，如果操作者繼續按住釋放按鈕，裝卸物會繼續處于被抓緊狀態并慢慢地放下機械臂下降到設計最低點。在任何情況下，只有物品被放置在接觸面上時（對應車輛裝配為主或到達地面），才能被釋放。

⑤行程保護：機械手移動的工作范圍到達實現設定的某一特定位置時，聲光報警裝置給出報警信號，提醒操作者注意。機械手本體或軌道的兩端設有減震裝置，以減輕機械手本體與軌道端頭的碰撞沖擊。

⑥機械手臂外表可能與車體接觸部位覆蓋柔軟材料，防止意外碰撞損壞汽車部件。

4 機械手方案

設計依據：

①整車在生產線大滑板上放置后距離地面高度

②生產線前后車身間距

③上方工藝吊架距離地面高度

④生產線節拍

結合生產現場現狀，對機械手的高度及結構進行設計和確認，通過三維數據仿真及二維結構設計，天窗機械手能很好的完成天窗的搬運及安裝輔助工作。

圖1

5 結束語

2015年5月19日，中國國務院印發《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰略，對包括汽車業在內的制造業提出了更高的要求。機械手在汽車制造業方面的應用越來越普遍，使用中越來越便捷，尤其是一些尺寸較大不易人工搬運的工作。通過氣控閥控制機械手氣缸的升降，通過電機控制機械手的行進，以上動作都通過編碼器的編程來實現。天窗機械手的應用減輕了操作者的勞動強度，提高了工作效率。

[1] 肖立軍,米學寧,石雷,管依,林曉東,楊亮.氣動平衡助力機械手的原理及應用[J].制造業自動化,2011.

[2] 孫志坡.助力機械手在汽車制造業中的應用.基層建設,2015.

The design and application of panoramic sunroof manipulator

Song Shaolei, Peng Haifeng

( Anhui jianghuai automobile group co., ltd, Anhui Hefei 230601 )

Panoramic sunroof is larger in size, heavier in weight, assembling needs more workers. Because sunroof needs more fix points, longer assembling time, workers have to lift among the process of assembling, labor intention is great.Panoramic sunroof manipulator can finished the big sunroof assembling easily, at the same time, increase the number of ultrasonic automation or laser sensor can realize part of the process.

panoramic sunroof; manipulator; labor intensity; portable; automation

U462.1

A

1671-7988(2017)22-43-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.015

宋紹蕾，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

CLC NO.:U462.1

A

1671-7988(2017)22-43-03